Новости науки

[Agent 007]

Здесь можно оставлять последние сведения о достижениях из мира науки.


Впервые создан беспорядочный магнит.


Впервые удалось создать ферромагнетик с беспорядочным магнитным полем внутри. Первые же эксперименты подтвердили давно предсказанные теоретиками необычные свойства этого магнита.

http://elementy.ru/images/news/random-magnet_fig1_300.jpg
Магнетизм удается успешно описывать на редкость простыми математическими моделями.

Магнетизм интересует физиков по разным причинам. Прежде всего, из-за многочисленных практических приложений, реализация которых требует глубокого понимания явления. Во-вторых, потому что он помогает лучше понять свойства материалов на атомном уровне — ведь магнетизм в веществе возникает из-за сложного устройства и взаимодействия электронных оболочек соседних ионов. Наконец, в отличие от многих других областей материаловедения, магнетизм можно промоделировать с помощью простых, но очень емких теоретических конструкций, например спиновых цепочек. А это значит, что иногда путь от математических изюминок в этих конструкциях до эксперимента может оказаться на удивление коротким.

В недавней статье, появившейся в журнале Nature, сообщается, фактически, об открытии нового направления в экспериментальной физике магнитных явлений. Исследователи из США и Великобритании впервые в мире создали беспорядочный магнит, который теоретики придумали 40 лет назад, и уже первые эксперименты подтвердили предсказанные теоретиками забавные свойства этого магнита.

Но сначала несколько слов о ферромагнетизме. Ферромагнетик (то, что в повседневной жизни называется просто магнитом) содержит такие атомы, электронные оболочки которых обладают собственным магнитным моментом. Образно выражаясь, каждый атом похож на маленький магнитик со своим «северным» и «южным» полюсом. Находясь в кристалле, он взаимодействует со своими соседями и стремится развернуться в согласии с ними, из-за чего весь кристалл целиком становится намагниченным.

Однако при повышении температуры тепловые колебания атомов начинают расшатывать эту строгую упорядоченность — начинается борьба порядка и теплового беспорядка. Максимальная температура, до которой магнетизм еще «держится», называется точкой Кюри; при более высоких температурах тепловой беспорядок пересиливает, и спонтанная намагниченность пропадает.

Свойства вещества в непосредственной близости к точке Кюри чрезвычайно заинтересовали теоретиков. Оказалось, что вещество в этом случае становится «критическим» — в нём появляется самоподобность, и оно реагирует на внешние возмущения не на уровне атомов, а целиком огромными областями.

Начав разбираться с этой задачей, теоретики поняли, что есть еще один способ внести в задачу беспорядок — поместить образец в хаотическое поперечное магнитное поле. В таком магните тоже может возникнуть критическое состояние, но со своими особенностями. Например, в 1969 году Роберт Гриффитс предсказал, что магнитная восприимчивость такого магнита (то есть то, насколько сильно он намагничивается в том или ином поле) будет зависеть от силы внешнего поля не плавно, как это обычно бывает, а с резким изломом.

Благодаря симметрии, в строго периодической решетке не возникает никаких поперечных полей. Однако если часть магнитных ионов гольмия (Ho) заменить на немагнитные ионы иттрия (Y), появятся беспорядочно ориентированные поперечные поля (адаптированное изображение из обсуждаемой статьи)
Благодаря симметрии, в строго периодической решетке не возникает никаких поперечных полей. Однако если часть магнитных ионов гольмия (Ho) заменить на немагнитные ионы иттрия (Y), появятся беспорядочно ориентированные поперечные поля (адаптированное изображение из обсуждаемой статьи)

Такую особенность, получившую название «сингулярность Гриффитса», экспериментаторы до сих пор не могли «нащупать», и их можно понять. Ведь для того, чтобы получить такой магнит, надо создать хаотическое магнитное поле. Но как это сделать? В 1970-е годы возникла идея внедрить в магнит «чужеродные» атомы, которые и изменят магнитное поле внутри кристалла. Эту идею уже даже применили к антиферромагнетикам — веществам со «скрытым магнетизмом», — но только сейчас, в описываемой работе, удалось реализовать ее для настоящего магнита.

Для своих экспериментов авторы научились создавать кристаллы с общей формулой LiHoxY1-xF4 с разным значением числа x (x = 1,0, 0,65 и 0,44). В таком кристалле ионы лития (Li) и фтора (F) играют роль каркаса, а магнитные ионы гольмия (Ho) обеспечивают ферромагнетизм. В случае, когда x не равно единице, часть мест, «предназначенных» для гольмия, занимают немагнитные ионы иттрия (Y) — то есть строгая периодическая решетка магнитных ионов оказывается как бы «разбавлена» немагнитными примесями.

Такое внедрение немагнитных примесей кардинально влияет на магнитное поле внутри кристалла. Если раньше, при x = 1, из-за строгой симметрии никакого поперечного поля внутри вещества не было, то теперь то там, то тут возникало нескомпенсированное поперечное поле. А так как ионы примеси расположены в кристалле хаотично, то это поперечное поле тоже беспорядочно менялось от места к месту — как раз то, что и требовалось создать!

Очень важный момент: сила этого беспорядочного поля внутри кристалла не фиксирована, ею можно легко управлять с помощью внешних полей. А это значит, что все свободные параметры задачи можно настроить так, как хочется экспериментатору, и проверить давние предсказания теоретиков.

С этой задачей экспериментаторы справились блестяще. Они научились контролировать силу хаотического магнитного поля в очень широком диапазоне, покрывавшем пять (!) порядков. График полученных данных показал четкий излом — как раз проявление сингулярности Гриффитса. Авторы пишут, что они использовали одну из самых простых методик изучения ферромагнетиков. Применение гораздо более чувствительных методик позволит узнать устройство и поведение этого «беспорядочного магнита» во всех деталях.

http://elementy.ru

[Agent 007]

Реализована сверхминиатюрная и ультрабыстрая рентгеновская голография.


Продемонстрирован в действии новый метод исследования вещества — рентгеновская голография на масштабе в десятки нанометров с временным разрешением в доли пикосекунды. В перспективе возможна голографическая визуализация атомных процессов.

http://elementy.ru/images/news/holography2.jpg
Типичная голограмма взрывающегося шарика субмикронных размеров. Обработав ее, можно получить как распределение яркости, так и фазовую картину. Изображение из обсуждаемой статьи.

Фотографирование предметов — самый простой способ запечатлеть информацию о форме исследуемого предмета. Однако рассматривая фотографию, человек видит лишь точки на фотографии, но не сами предметы. Пространственный ход лучей от расположенных поодаль предметов и от фотографии с их изображением — разный.

С точки зрения физики, ход лучей в пространстве определяется распределением фазы световой волны. При фотографировании сохраняется лишь информация о яркости света, а распределение фаз теряется. Именно поэтому свет от фотографии расходится совсем не так, как изначально он шел от предметов.

Распределение фазы можно запечатлеть с помощью голографии. В этом методе экран (фотопленка, матрица цифровой камеры, и т. д.) освещается одновременно двумя лучами: прямым опорным лучом, а также регистрирующим лучом, который предварительно отразился от предмета. Накладываясь, эти два луча интерферируют, и на экране появляются светлые и темные полосы или иные области замысловатой формы. Интерференция — это волновое явление, и поэтому она чувствительна к фазе световой волны. Яркость и расположение этих светлых и темных областей как раз кодирует полную информацию о предмете, принесенную регистрирующим лучом.

Теперь эту интерференционную картину можно запечатлеть на негатив, а затем осветить его «восстанавливающим» лучом света. Пройдя сквозь голограмму, он создаст распределение световых лучей в пространстве, полностью идентичное картине световых лучей при записи. Световые лучи будут идти ровно так же, как если бы предметы действительно были. Рассматривая такое распределение света, человек увидит настоящее трехмерное изображение.

Всё это хорошо отработано на обычных, макроскопических предметах. А можно ли получить голограмму микроскопических объектов? живой клетки? отдельной молекулы?

В последнем выпуске журнала Nature появилась статья, рывком перебрасывающая голографический метод исследования в мир нанометровых размеров. Большая группа американских, шведских и германских физиков, используя рентгеновский лазер на свободных электронах, сумела получить голограммы объектов размером в сотни нанометров. И более того, на этих голограммах запечатлен вовсе не неподвижный предмет, а сверхбыстрый процесс — взрыв субмикронного полистиролового шарика — длительностью всего лишь несколько пикосекунд!

Пожалуй, самой поразительной особенностью этой работы является простота установки. Достаточно приготовить специальную слоистую мишень, настроить рентгеновский лазер (это установка FLASH в германском исследовательском центре DESY) и подставить цифровую камеру рентгеновского излучения, а дальше всю работу берет на себя мощный и очень короткий рентгеновский импульс. Он сам инициирует взрыв шарика, а также играет роль как опорного, так и регистрирующего луча при получении голограммы. Постановка эксперимента настолько изящна, что на ней стоит остановиться подробнее.

Вначале экспериментаторы приготовили мишень-«слойку». Она состояла из специального зеркала, отражающего мягкие рентгеновские лучи, и тонкой пленки с налипшими на нее полистироловыми шариками. Пленка располагалась чуть впереди зеркала; зазор между ними можно было изменять от 0,03 мм до 1,2 мм. Прямо на эту слойку падал очень короткий и мощный импульс рентгеновского излучения, и при этом происходила цепь интересных явлений (см. рисунок).

Когда импульс достигал пленки, полистироловый шарик поглощал часть излучения, его температура резко повышалась, и за несколько пикосекунд он взрывался. Однако с точки зрения рентгеновского импульса этот взрыв длится довольно долго. Импульс за это время успевает дойти до зеркала, отразиться обратно и вновь пройти сквозь взрывающийся шарик. Время, которое импульс затрачивает на этот путь, зависит от ширины зазора: чем он шире, тем больше задержка, и значит, тем в более поздней стадии взрыва импульс «увидит» шарик на пути обратно.

При такой методике зеркало нужно только лишь для фиксированной задержки между двумя моментами прохождения. После первого прохождения появляется опорная волна (синяя полоска на рисунке), а после второго — «предметная» волна (красная полоска). Эти две волны накладываются и интерферируют друг с другом. Импульс затем доходит до цифровой камеры и оставляет в ней изображение интерференционных полос. Получается самая настоящая рентгеновская голограмма взрывающегося шарика в какой-то определенный момент времени после начала взрыва.

Эксперимент, проведенный по такой методике, конечно, одноразовый. Один-единственный импульс взрывает не только пленку с полистироловыми шариками, но и то место на зеркале, куда он упал. Однако авторы работы, запасясь множеством таких «слоек», проводили опыт за опытом, каждый раз слегка изменяя зазор между пленкой и зеркалом. В результате они получили последовательность голографических снимков с шагом по времени в доли пикосекунды.

Методика, конечно, красивая, но можно ли с помощью нее получать какую-то новую информацию о наблюдаемом процессе (т. е. о взрыве шарика)? Да, и авторы работы это убедительно доказали. Обработав полученное изображение, они отдельно выделили «картину яркости» и «фазовую картину». Они проследили процесс взрыва, используя вначале только «картину яркости» (т. е. то, что доступно и другим методикам), а затем — только фазовую картину. Оказалось, что как динамика, так и форма взрыва шарика видны на фазовой картине гораздо подробнее и с существенно лучшим временным разрешением.

Какие перспективы вырисовываются у этой методики? Во-первых, уже в таком виде она позволяет увидеть в виде объемного изображения ультрабыстрые процессы на субмикронном масштабе расстояний, вызванные мощным излучением. Если же запускать быстрый процесс каким-то иным способом, а импульсу оставить только роль «рентгеновской вспышки», то можно попытаться голографически разглядеть, например, динамику формирования трещин в хрупких телах или сверхбыстрые фазовые превращения в ударных волнах.

Во-вторых, нет никаких принципиальных ограничений на дальнейшее уменьшение размеров предметов и длительности процессов. Описанные опыты проводились с лазером на длине волны 32 нм, но уже сейчас есть лазеры с длиной волны всего 2 нм, а в будущем можно рассчитывать и на атомные размеры. Уменьшить длительность импульса до нескольких фемтосекунд (а это характерный период колебаний отдельных атомов) тоже не составит проблемы. Всё это позволит голографически увидеть в динамике поведение отдельных молекул.

http://elementy.ru

[LiO]

23251
Сэр Исаак Ньютон. Портрет работы Готфрида Кнеллера. Изображение Wikimedia Commons.


Оспорено первенство Ньютона в открытии "бесконечного ряда"

По мнению британского исследователя индийского происхождения Джорджа Джозефа, значительная часть открытий Ньютона и Лейбница в области математического анализа была сделана примерно за триста лет до их рождения представителями малоизвестной научной школы на юго-западе Индии на территории современного штата Керала, сообщается в пресс-релизе Манчестерского университета.

Джозеф полагает, что понятие "бесконечного ряда" - одно из ключевых понятий математического анализа - было введено в школе Керала около 1350 года, в то время как обычно считается, что его ввели Исаак Ньютон и Готфрид Лейбниц в конце семнадцатого века. Кроме того, в школе Керала знали ряды, сходящиеся к числу пи, и пользовались ими для вычисления пи сначала до десятого, а потом до семнадцатого знака после запятой.

Это знание, по словам Джозефа, могло попасть в пятнадцатом веке от индийских ученым к образованным миссионерам-иезуитам, которые живо интересовались математикой, поскольку перед церковью стояла задача модернизации календаря, а все путешественники были заинтересованы в улучшении навигационных приборов. Ньютон, вероятно, узнал о бесконечных рядах уже от иезуитов.

Доказательство своей гипотезы Джозеф выстраивает на анализе древних рукописей индийских математиков. По его словам, их имена, в частности, Мадхава (Madhava) и Нилакантха (Nilakantha), должны стоять рядом с именем Ньютона.

Джордж Джозеф родился в штате Керала и прожил там до девяти лет. Большая часть его исследований и научно-популярных работ посвящена истории математики, главным образом ее неевропейским истокам. Джозеф ставит перед собой задачу доказать, что неевропейская наука незаслуженно обделена вниманием.
http://www.lenta.ru

[KarnAth]

LiO, если не еще раньше... Но об этом к египтологам

Совы лучше ориентируются по слуху в горизонтальной плоскости, чем в вертикальной.



Это открытие сделал нейробиолог Авинаш Бала из Университета Орегон. Он показал, что сова-сипуха более чутко реагирует на изменение положения источника звука по горизонтали, чем по вертикали.

Ученый использовал в своей работе эффект, открытый великим русским ученым Иваном Петровичем Павловым еще в 1920-х годах. Работая на собаках, Павлом заметил, что собаки инстинктивно реагируют на шум довольно определенным образом - у них напрягаются мышцы и расширяется зрачок.

Авинаш Бала использовал этот эффект при изучении реакции совы на появление нового звука. Он показал, что сипуха способна различить изменения в шуме при отклонении источника всего на 3 градуса по горизонтали, но на 7.5 градусов по вертикали.

Ученый также показал, какие именно нейроны в мозге совы отвественны за различение звука. При идентификации источника звука сверху, например, задействованы нейроны верхней части слухового центра в мозгу, и, наоборот, в различениии источника звука снизу задействованы нейроны нижней части слухового центра.

Пока не очень понятно, почему совы лучше слышат в горизонтальной плоскости. Возможно, потому, что совы охотятся в основном на грызунов, а мыши и полевки бегают по земле в горизонтальной плоскости.

Кстати, рефлекторное расширение зрачка в ответ на звук есть и у человека. Американский ученый надеется, что разработанный им метод может иметь и практическое применение - например, попытаться таким образом изучать реакции коматозных и психически больных людей, с которыми невозможно контактировать нормальным образом.


Bala, A. D. S., Spitzer, M. W. & Takahashi, T. T. PLoS ONE doi:pone.0000675 (2007). (я не читал %) пересказал А. Ермаков (mailto:ermakov99@mail.ru) )

[Agent 007]

Сообщение о преодолении скорости света, появившееся на днях во многих СМИ, является не сенсацией, а недоразумением. Оно основано на неправильной интерпретации давно известных опытов, которую уже 15 лет пропагандирует немецкий физик.

На днях многие СМИ запестрели заголовками: «Эйнштейн в очередной раз разоблачен», «Немецким ученым удалось превзойти скорость света», «Теория Эйнштейна устарела» и т. п. В этих заметках говорится о том, что в экспериментах двух немецких физиков, Гюнтера Нимца (Gunter Nimtz, он и является главным героем истории) и Альфонса Штальхофена, обнаружено сверхсветовое движение и тем самым опровергнута теория относительности Эйнштейна. Сообщение о «перевороте в физике» прошло даже по радио и телевидению. Исходным материалом для этих сообщений явилась заметка в New Scientist — научно-популярном журнале с информацией невысокого качества.

Далекий от науки, пусть и привыкший не доверять СМИ читатель может купиться на такое обилие сообщений и засомневаться — «а может действительно опровергли эту непонятную теорию относительности?» Что ж, расскажем вначале, что скрывается за этой историей, а затем немного поясним суть физической проблемы.

Откуда дровишки?

Бодрые заголовки в СМИ наводят на мысль, что авторам удалось поставить эксперимент какого-то нового типа, который никогда раньше не ставили и который впервые смог обнаружить сверхсветовое движение.

Но заглянем в статью (а точнее, препринт) немцев «Макроскопические нарушения специальной теории относительности», с которой и началась шумиха. Это текст на полторы страницы, в котором описание опыта занимает всего лишь несколько строчек. Казалось бы, эксперименту, который должен путем прямого измерения доказать, что импульс микроволнового излучения распространяется быстрее скорости света, должно быть уделено больше места. Однако в статье не приведено практически никаких существенных подробностей: ни параметров импульса, ни характеристик детектора, ни каких-либо графиков. Даже человека, не знакомого с научной литературой, это может удивить — разве так принято описывать результаты сенсационных экспериментов?

Разгадка проста. В этой работе вовсе и нет никакого нового эксперимента. В ней очень кратко описан известный опыт, который в разных вариациях многократно ставился в разных лабораториях — туннелирование микроволн через барьеры (подробности см. ниже). Его ставил в том числе и сам Нимц, именно поэтому он уже не вдается в детали при его описании. Если пройтись по списку публикаций Нимца, то можно увидеть, что этот же самый тип экспериментов он обсуждает уже свыше десятка лет. Впервые он его описывает в статье 1992 года J. Phys. I., France 2, 1693–1698 (кстати, статья находится в свободном доступе на сайте журнала), а затем повторяет это же обсуждение в разных вариациях в 1997, в 2001, в 2006 году.

Таким образом, ни новых экспериментов, ни новых результатов, ни даже новых выводов из известных результатов эта статья не содержит. В ней просто автор еще раз повторяет то, что уже многократно говорил последние 15 лет. Но если эти эксперименты действительно сенсационные, то почему о них молчали все это время?

На самом деле, о них не молчали, но только никакой сенсацией они не являются. Эта тема активно исследовалась уже десятки лет и продолжает изучаться сейчас. Достаточно сказать, что за последние десять лет появилось уже несколько больших обзоров свежих результатов по этой тематике (см. ссылки внизу) — ситуация, характерная для бурно развивающихся областей. Работы Нимца тоже активно обсуждались — и не нашли никакой поддержки. Поскольку его эксперименты очень простые и воспроизводимые, то выходит, дело не в них самих, а в их интерпретации. Это особенно заметно в тех случаях, когда Нимц придумывает интерпретации к чужим экспериментам, которые однозначно демонстрируют, что даже в самых экзотических случаях информация передается медленнее скорости света (см. статью Nature 425, 695–698 (16 October 2003) и последовавшую переписку Нимца с авторами статьи, опубликованную там же).

Получается, Нимц не предлагает каких новых опытов; он расходится с остальными физиками в интерпретации всеми воспроизводимых физических явлений. А именно, он считает, что теория относительности нарушается там, где остальные считают, что она не нарушается. (Такое положение вещей, кстати, само по себе может показаться странным; так это отчасти и есть, см. подробности ниже.)

Можно, конечно, попытаться представить ситуацию в том свете, что он прав, а все остальные — нет, но гораздо естественнее другой вывод. Не требуется быть большим ученым — достаточно хорошего университетского курса физики, — чтобы, почитав статьи Нимца, понять, что он просто плохо понимает физику. Несмотря на все свои регалии.

Суть проблемы

Теперь пояснение для тех, кто хочет немножко разобраться в том, почему эти простые эксперименты вызывают такой спор. Но вначале стоит сказать несколько слов по поводу теории относительности и ее якобы опровержения.

Во-первых, теория относительности основывается на постулате, что никакой материальный предмет и никакая передача информации не может происходить быстрее скорости света. Воображаемое движение образов, не являющееся перемещением материальных предметов и не передающее информацию, может происходить с любой скоростью. Самый известный пример — пятно от быстро вращающегося лазера на достаточно далекой стене.

Во-вторых, надо понимать, что теория относительности была в свое время взята не с потолка, а как бы угадана из сформулированных в конце 19 века свойств электричества и магнетизма. Если бы в этих опытах с микроволнами нарушалась теория относительности, то это означало бы ни много ни мало крах электродинамики — ведь Нимц утверждает, что обнаружил сверхсветовое перемещение сигнала в опытах с классическими (т. е. не-квантовыми) электромагнитными волнами.

Впрочем, за электромагнетизм можно не бояться. Свойства классических электрических и магнитных полей проверены и перепроверены уже миллионократно, во всевозможных ситуациях и экзотических устройствах. В том числе, они многократно проверялись и с микроволнами в таких радиотехнических устройствах, как резонаторы и волноводы. И никогда не было намека на то, что уравнения Максвелла — описывающие электрические и магнитные поля — хоть в чем-то нарушались.

В-третьих, часто можно услышать «а почему вы считаете, что теория относительности абсолютно верна?» с дальнейшим развитием в том направлении, что-де закостенелые официальные физики боятся даже подумать о возможности нарушения теории относительности.

На самом деле это не так. Активно изучаются варианты устройства нашего мира, в которых теория относительности слегка нарушается. Слегка — это потому что, нарушив ее сильно, тут же приходишь к противоречию с многочисленными экспериментальными фактами. Один из примеров такой теории обсуждался в заметке Ну очень специальная теория относительности, но есть и немало других примеров.

Так что «подправлять» теорию относительности никто не запрещает, но осмысленно это делать лишь в той области, где она еще не проверена. А в микроволновой радиотехнике она, еще раз повторюсь, перепроверена вдоль и поперек.

Теперь перейдем к сути проблемы. В этих экспериментах изучается процесс туннелирования волн через область, в которой они не могут свободно распространяться. Слово «туннелирование» навевает мысли о квантовой механике, но на самом деле это совершенно общее свойство всех волн — будь то микрочастицы, световые волны, микроволновое излучение или звуковые волны.

Во всех этих случаях можно сконструировать такое устройство, в котором два «проводника волн» разделены зазором, в котором волны затухают, т. е. неспособны распространяться бесконечно далеко. Для электрона это может быть потенциальный барьер, для света — нарушенное полное внутреннее отражение (см. например заметку Даже серебро можно сделать прозрачным), для микроволн — специальная узкая секция в волноводе. Несмотря на это волна может протиснуться через эту область на небольшое конечное расстояние, и значит, может проникнуть (туннелировать) из первого во второй «проводник волн».

Вопрос, который мучает физиков уже свыше полувека, заключается в следующем: каково время туннелирования? Этот безобидно выглядящий вопрос стал предметом долгих споров, поскольку ряд вычислений привел к странному выводу: это время может быть меньше, чем время, за которое свет пересек бы эту область. В вольной интерпретации это значит, что при туннелировании происходит сверхсветовое движение, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Вся загвоздка состоит в том, что именно считать временем туннелирования. Если бы речь шла о движении точечной частицы, то все было бы предельно ясно. Но речь идет о движении волны, которая как-то распределена в пространстве и может менять свою форму. Что в этом случае считать «начальным» и «конечным» временем? На скорость чего в этом случае надо смотреть?

Тут есть несколько вариантов. Можно смотреть на гребни волны — тогда получится фазовая скорость. Это наименее физически осмысленное понятие — давно известно, что с ней не связан никакой перенос энергии или информации, и в некоторых случаях (например, в тех же волноводах) она безболезненно превышает скорость света.

Можно вместо этого приготовить волновой пакет (сгусток волн, как на рисунке) и смотреть на движение его максимума. С этим движением связана групповая скорость волны. В обычных средах это «хорошее» понятие, поскольку с групповой скоростью ассоциируется перемещение энергии волнового пакета.

Однако есть экзотические случаи, например, прохождение через специально приготовленные активные области, в которых скорость движения максимума может превышать скорость света (см. подробное объяснение). На самом деле в этих случаях максимум вовсе не движется со сверхсветовой скоростью. Просто получается так, что импульс сам «вырастает» на выходе из области, будучи «инициированным» передним фронтом сигнала. Энергия при этом не переносится со сверхсветовой скоростью — она была запасена в активной среде и лишь высвобождается на выходе по сигналу переднего фронта падающего импульса.

Наконец, есть и еще время распространения информации, которое расшифровывается буквально — если мы в какой-то пролетающий мимо импульс закодируем бит информации, то спустя какое время детектор его сможет уловить. Это время распространения резких привнесенных искажений в импульс, в противоположность регулярному периодическому процессу, с которым ассоциируется, например, фазовая скорость.

Специально поставленные эксперименты (см. ссылку на Nature выше) показали, что даже импульсы со сверхсветовыми максимумами переносят информацию медленнее скорости света. Таким образом, те сверхсветовые скорости, которые получались при описанных выше определениях времени, не имеют прямого физического смысла, по крайней мере в отношении теории относительности. Реальная скорость передачи информации (что подразумевает гораздо более тонкий эксперимент, чем проделан Нимцем) во всех, даже самых экзотических случаях получалась меньше скорости света.

Итак, по сути Нимц не признает того, что скорость передачи информации в особых ситуациях может сильно отличаться от групповой скорости волны. Он считает, что они всегда совпадают, — хотя есть прямые опыты, демонстрирующие различие. Именно в этом он расходится с остальными.

Несмотря на то что уже показано, что теория относительности тут не нарушается, исследования этого вопроса продолжаются. Было введено еще несколько определений времени, и сейчас до конца непонятно, что именно описывает каждое из них. Особенно интересной ситуация становится в квантовй механике, где начинают работать особенности, связанные с детектированием квантовых частиц.

24130
Гюнтер Нимц считает, что простой эксперимент с нарушенным полным внутренним отражением опровергает теорию относительности (адаптированное изображение из обсуждаемой статьи)


24131
Иллюстрация волнового пакета — в обычных средах именно с движением максимума волнового пакета связано перемещение энергии

http://elementy.ru

[Agent 007]

Американские астрофизики нащупали путь к объяснению чрезвычайно высокой температуры солнечной короны. Уже давно предполагалось, что приток энергии обеспечивают какие-то нетепловые процессы, в которых участвуют электромагнитные поля, возникающие в солнечной плазме. И вот предсказанные Альфвеном еще в 1942 году поперечные плазменные волны наконец зарегистрированы. Правда, пока еще не ясно, не окажется ли этот путь тупиковым.

Давно известно, что тайна сия велика есть. Температура поверхности Солнца, фотосферы, не превышает 5800 кельвинов. А вот внешняя часть атмосферы нашего светила, солнечная корона, куда горячее. Она состоит из разреженной плазмы, которая по плотности уступает фотосфере примерно в триллион раз, но зато в среднем нагрета до 1,8 миллиона кельвинов. Более того, отдельные участки короны могут на время разогреваться в несколько раз сильнее. Корональное свечение обладает уникальными спектральными характеристиками, которые когда-то приписывали гипотетическому химическому элементу — коронию. Сейчас известно, что структура коронального спектра объясняется наличием сильно ионизированных ионов железа.

Чтобы температура корональной плазмы достигала столь исполинских значений, в корону должна непрерывно закачиваться энергия из фотосферы. Требуемая мощность давно просчитана — примерно 1 киловатт на квадратный метр солнечной поверхности.

Встает естественный вопрос: как эта энергия передается? Очевидно, что прямой нагрев короны сравнительно холодной фотосферой невозможен, это было бы прямым нарушением второго закона термодинамики. Это означает, что приток энергии обеспечивают какие-то нетепловые процессы, в которых участвуют электромагнитные поля, возникающие в плазме. Для их теоретического описания одной термодинамикой не обойдешься, надо привлекать уравнения магнитной гидродинамики.

Поскольку проблема стара, то и решений для нее придумано много. Обо всех моделях коронального нагрева здесь не расскажешь. В целом они распадаются на два класса. В одном варианте энергия уносится от фотосферы теми или иными плазменными волнами, во втором корону нагревают индукционные токи, которые в ней возбуждает солнечное магнитное поле.

В плазме может распространяться немало различных волн. Одни из них не требуют наличия магнитного поля, другие возбуждаются лишь в его присутствии. Специалисты по физике Солнца связывают нагрев короны лишь с волнами второго типа, поскольку именно они могут эффективно канализировать энергию. Наилучшим кандидатом считаются поперечные плазменные волны, которые в 1942 году теоретически предсказал шведский астрофизик Ханнес Альфвен (Альвен). Они распространяются в плазме вдоль силовых линий магнитного поля и переносят энергию с очень малыми потерями. Альфвен в 1947 году первым предположил, что эти волны зарождаются в солнечной фотосфере и идут оттуда в корону, вливая в нее энергию. Правда, волны Альфвена (Alfvén wave) в первом приближении не диссипируют и потому сами по себе не могут нагреть корональную плазму. Однако можно допустить, что они возбуждают в ней другие волны, которые на это уже способны.

Эта концепция теоретически очень убедительна, но до сих пор ее никак не удавалось подтвердить на опыте. Альфвеновские волны действительно наблюдались и в земных лабораториях, и в плазме солнечного ветра, однако их многолетние поиски в самой короне до сих пор ни к чему не приводили. Однако 31 августа 2007 года исследователи из США сообщили в журнале Science, что регистрация корональных волн Альфвена наконец-то состоялась. Эта работа выполнена под руководством сотрудников Национального центра атмосферных исследований в Боулдере (штат Колорадо, США) Стива Томчика (Steve Tomczyk) и Скотта Макинтоша (Scott McIntosh).

Альфвеновские волны обнаружить очень непросто. Дело в том, что они не вызывают сильных смещений плотности, так что их, в отличие от других плазменных колебаний, не удается выявить по изменениям оптической яркости короны. Стив Томчик и его коллеги использовали очень чувствительный прибор — многоканальный корональный поляриметр, который был недавно установлен на телескопе Национальной солнечной обсерватории, расположенном на пике Сакраменто в штате Нью-Мексико. С его помощью они смогли измерить допплеровские сдвиги спектральных линий корональных ионов железа, которые, по мнению ученых, как раз и были вызваны прохождением альфвеновских волн. Выявленные изменения скорости оказались весьма невелики, не более 300 метров в секунду, но их всё же удалось зарегистрировать (см. видео).

Собранные данные позволяют утверждать, что новооткрытые волны действительно движутся вдоль магнитного поля, причем их скорость достигает 4000 километров в секунду. Как и ожидалось, их частота совпадает с частотой мощных фотосферных плазменных течений, которые вынуждают магнитные силовые линии вибрировать наподобие натянутых струн. Такие вибрации уходят в корону в виде альфвеновских волн. В общем, как и предсказывали теоретики, корона вроде бы действительно греется за счет энергии конвективных течений фотосферной плазмы, которая передается вверх от Солнца с помощью волн Альфвена.

Однако загадка корональной температуры всё еще не имеет окончательного ответа. Отловленные альфвеновские волны слишком слабы, чтобы обеспечить нагрев короны до нужных температур. Причем отличие зарегистрированных амплитуд от требуемых очень велико, целых четыре порядка. Тем не менее Томчик и Макинтош полагают, что эта проблема разрешима. По их мнению, в короне, скорее всего, распространяются и альфвеновские волны с куда большими амплитудами, которые пока не удалось обнаружить из-за недостаточной разрешающей способности поляриметра. Если это и в самом деле так, со временем эти волны непременно будут зарегистрированы.

25425

Астрофизики давно пытались объяснить, почему солнечная корона настолько горячее поверхности Солнца, но только теперь можно сказать, что их предположения, хотя бы отчасти, подтвердились. (На фото с сайта en.wikipedia.org: солнечное затмение 11 августа 1999 года, вид с территории Франции.)

http://elementy.ru

[LiO]

Наномагнитная губка очистит старинные фрески

Доктор Пьеро Бальони (Piero Baglioni) с коллегами из Флорентийского университета поместили наночастицы из кобальта и окиси железа в специальный гель. В результате получилась магнитная губка с порами диаметром всего 50 нм. Эти поры исследователи заполнили микроэмульсиями – смесями с молекулами сурфактанта (поверхностно-активного вещества, подобного мылу), чтобы отслаивать грязь с поверхности очищаемого объекта.

Способ очистки довольно прост: исследователи покрывают поверхность несколькими миллиметрами геля и выдерживают от 10 минут до 1 часа, в зависимости от степени загрязнения. Затем образовавшуюся пленку удаляют обычным стержневым магнитом. Гель можно высушить и использовать многократно.

Хотя системы на основе геля широко используются для очистки старинных произведений искусства, зачастую они приносят больше вреда, чем пользы. Это происходит по причине их липкости – такие гели трудно удалить с поверхности без помощи агрессивных растворителей, повреждающих живописный слой.

Пьеро Бальони отмечает: «Преимущество новой техники состоит в том, что наш гель не липкий, и никаких механических повреждений при его снятии не происходит. Новый способ очистки особенно подходит для драгоценных экспонатов». Другое преимущество нового геля состоит в том, что для наполнения магнитной губки можно использовать различные эмульсионные сурфактанты, в зависимости от свойств поверхности.

Бальони занимается проблемой очистки художественных раритетов от наслоений более 20 лет, и его методы сейчас используют во всем мире. Вместе с коллегами он помог восстановить картины эпохи Возрождения в соборах Сиены и Флоренции. Все испытания нового метода на старинных фресках были успешными, сообщает New Scientist.
Источник: CNews

[LiO]

Разработан новый метод нанолитографии

25887
Сокращенное название Технологического института Джорджии, записанное методом термохимической нанолитографии.

Новый метод нанолитографии, разработанный исследователями из Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology) США, может сделать производство наноустройств коммерчески выгодным, сообщается в пресс-релизе института.

Нанолитографией в широком смысле слова называют создание любых структур, имеющих размеры порядка нескольких нанометров. Наноустройства могут применяться в медицине (для доставки лекарств в нужную точку организма), в информационных технологиях (для создания сверхмалых процессоров) и других областях.

Новый метод, называемый термохимической нанолитографией (ТХНЛ), заключается в следующем. Нагретая кремниевая игла атомно-силового микроскопа движется по специальной тонкой полимерной пленке. Под воздействием тепла на поверхности пленки начинается химическая реакция, в ходе которой соответствуюшие участки пленки изменяют свои химические свойства и приобретают способность присоединяться к другим молекулам.

Основной идеей ТХНЛ являются химические особенности пленки и использование горячей иглы (температура острия может превышать тысячу градусов Цельсия, иглу можно нагревать и охлаждать около миллиона раз в секунду). За счет того, что реакция на пленке запускается сама, удается избежать необходимости переносить вещества с иглы на пленку, как это делается в большинстве других методов.

ТХНЛ позволяет работать на скорости несколько миллиметров в секунду, в то время как другие современные методы - лишь на скорости около одной десятитысячной миллиметра в секунду. Кроме того, ТХНЛ может применяться на воздухе, во влажной среде, без присутствия сильного электрического поля, как другие методы. Минимальные размеры, с которыми можно работать, используя ТХНЛ, - около 12 нанометров.
http://www.lenta.ru/news/2007/09/10/nano/

[LiO]

Для астрономов, нанотехнологов и неврологов учрежден аналог Нобелевской премии

25931
Слева направо: Ян Фритьоф Бернт, президент Норвежской академии наук, Кристин Клемет, министр образования и науки Норвегии, и Фред Кавли подписывают соглашение об учреждении премии Кавли.

Фонд Фреда Кавли (Fred Kavli) в сотрудничестве с Норвежской академией наук учредил три новые научные премии. Каждые два года за достижения в области астрономии, нанотехнологий и неврологии будет присуждаться по миллиону долларов, сообщает BBC News.

Ученый и филантроп Фред Кавли родился в Норвегии, впоследствии эмигрировал в США и основал там корпорацию, поставляющую датчики для авиационной и автомобильной индустрии. Кавли считает, что его премия не будет конкурировать с Нобелевской, а скорее послужит дополнением к ней, охватывая те области, в которых Нобелевская премия не присуждается.

"Я решил поддержать три области науки: одна занимается самым большим, другая - самым маленьким, третья - самым сложным", - говорит Фред Кавли.

Выдвигать кандидатов на получение премии имеют право директора и профессора исследовательских институтов. Самовыдвижение запрещено. Заявки должны быть поданы до 15 декабря 2007 года. Для каждой области будет создана отдельная комиссия из ведущих исследователей, которая выберет наиболее достойного премии ученого (или коллектив). Первые лауреаты будут объявлены в июне 2008 года.

10 сентября на фестивале науки в Йорке учредители (Фонд Кавли, Норвежская академия наук и министерство образования и науки Норвегии) официально объявили о создании премии и призвали научные организации выдвигать кандидатов.
http://www.lenta.ru/news/2007/09/11/prize/

[Agent 007]

Физики рассчитывают открыть на коллайдере LHC много новых частиц и с их помощью глубже изучить микромир. Новое исследование показывает, что выяснение свойств этих частиц может оказаться гораздо более трудоемким делом, чем считалось до сих пор.

Среди известных на сегодня сотен элементарных частиц лишь несколько (протон, электрон, три сорта нейтрино, фотон) являются стабильными. Все остальные частицы короткоживущие: они рождаются в высокоэнергетических столкновениях, существуют в течение небольшого времени, а затем распадаются (иногда в несколько этапов) на стабильные частицы.

Когда физики рассчитывают процессы рождения и распада нестабильных частиц, то они обычно используют упрощенный подход. Вначале они вычисляют вероятность рождения частицы так, словно та абсолютно стабильна, и лишь затем, отдельно, вычисляют вероятность ее распада в тот или иной конечный набор стабильных частиц. Иными словами, обычно рождение частицы и ее распад рассчитываются независимо.

Такой подход, с одной стороны, резко упрощает вычисления и позволяет изучить довольно сложные процессы, а с другой стороны, является очень точным приближением в тех случаях, когда типичное время жизни частицы намного превышает время реакции, в которой она рождается. Почти все частицы, исследовавшиеся до сих пор, этим свойством обладали; случаи же, когда рождение и распад частицы перестают быть независимыми, оставались редкими исключениями.

Похоже, однако, что такому положению дел приходит конец. В статье американских и немецких физиков, вышедшей на днях в журнале Physical Review Letters, утверждается, что для процессов рождения и распада новых частиц на коллайдере LHC такой упрощенный подход окажется неприменимым. В результате сложность теоретических расчетов многократно возрастет.

Физики ожидают, что на Большом адронном коллайдере (LHC), вступающем в строй в следующем году, будут в изобилии рождаться и быстро распадаться новые тяжелые частицы. Сравнивая результаты эксперимента с вычислениями теоретиков, физики смогут определить свойства этих частиц и благодаря им — восстановить новые, неведомые ранее аспекты устройства нашего мира. А для этого нужно будет с высокой точностью вычислить вероятности как рождения, так и того или иного канала распада всех тяжелых частиц, которые будут открыты на LHC.

Однако вычисления, проделанные авторами статьи, показывают, что во многих случаях картина распада этих частиц будет зависеть от того, как именно они родились. В этих условиях обычный упрощенный подход может дать сбой и привести к большой ошибке в расчетах. Самое важное, что эти сбои будут наблюдаться не в отдельных случаях, а регулярно. Вычисления показывают, что особенно сильно приближенный подход будет нарушаться в том случае, если окажется, что несколько новых частиц имеют близкие значения масс — а некоторые теории как раз предсказывают такую ситуацию.

Этот вывод означает, что для правильной «расшифровки» будущих результатов LHC потребуется систематически придерживаться более точного, но и гораздо более трудоемкого способа расчетов. Смогут ли физики-теоретики справиться с этой задачей — покажет время. Впрочем, они уже давно отдают себе отчет в том, что вычисления для LHC будут сложными, и даже организуют большие коллаборации в преддверие запуска коллайдера.

http://elementy.ru

[LiO]

Присуждена главная научная награда Франции

26813

Французский Национальный центр научных исследований (Centre national de la recherche scientifique, CNRS) объявил лауреата главной научной награды Франции за 2007 год. Золотая медаль CNRS присуждена известному экономисту Жану Тиролю (Jean Tirole).

Тироля наградили за труды по теории игр и теории информации, разработку особой теории - "новой индустриальной экономики", развитие экономических наук во Франции вообще и в Тулузе в частности, активное участие в общественных дискуссиях и политико-экономической жизни страны. Тироль довольно широко известен во всем мире, некоторые его книги переведены на русский.

10 сентября фонд Thomson Scientific, владеющий крупнейшей базой данных о научных публикациях, назвал Тироля одним из основных претендентов на Нобелевскую премию по экономике. Thomson Scientific ежегодно делает подобные прогнозы, за несколько недель до вручения премии публикуя список ученых, которые, по мнению экспертов фонда, с наибольшей вероятностью получат Нобелевскую премию в ближайшие годы.
http://www.lenta.ru/news/2007/09/20/cnrs/

[Ferrari]

Ученые предлагают изменить определение килограмма
27131
Исследователи из Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology), США, предлагают определить килограмм как массу фиксированного числа атомов углерода-12 и отказаться от старого его определения как массы хранящегося во Франции эталона, сообщается в пресс-релизе института.

В настоящее время килограмм определяется как масса международного эталона, хранящегося в Международном комитете мер и весов во Франции. Эталон представляет собой платино-иридиевый цилиндр, изготовленный в 1889 году. С него сняты копии, использующиеся как национальные эталоны.

Несмотря на специальные условия хранения, эталон постоянно претерпевает изменения массы, считающиеся незначительными. Недавние проверки, однако, показали, что в последнее время потеря массы не так уж незначительна: 50 микрограмм (ранее предполагалось, что за сто лет эталон теряет примерно три сотых микрограмма). Это может вызвать сильные расхождения с национальными эталонами. Кроме того, по определению, любое изменение массы эталона изменяет само понятие "килограмм", что неудобно.

Физик Рональд Фокс (Ronald Fox) и математик Теодор Хилл (Theodore Hill) предлагают определить килограмм как ровно 18x140744813 (50184508190229061679538) атомов углерода-12. По мнению исследователей, такое определение будет гораздо точнее и удобнее старого. Оно не привязано ни к какому конкретному физическому объекту, но при желании всегда можно изготовить углеродный эталон (разумеется, с ограниченной точностью).

Изначально Фокс и Хилл занимались уточнением числа Авогадро, важнейшей химической и физической константы, количества молекул (атомов) в моле, единице количества вещества. Число Авогадро подобрано так, чтобы масса моля в граммах равнялась массе молекулы (атома) в атомных единицах массы. Так, атом углерода, на котором Фокс и Хилл проводили свои измерения, имеет массу 12 атомных единиц массы, значит, моль углерода должен весить 12 граммов. Уточнив число Авогадро и объявив его равным 844468863 (602214098282748740154456), ученые узнали про проблемы с эталоном и предложили свое решение. Фокс и Хилл считают, что определять одну из основных единиц измерения через эталон - устаревшая методика, и надеются привлечь к своему предложению внимание научного сообщества.

В настоящее время независимо готовится несколько других проектов изменения определения килограмма.
http://www.lenta.ru/

[Agent 007]

Хаотична ли Солнечная система?

Проявляется ли хаос в движении внешних планет-гигантов в Солнечной системе? Долгое время два разных метода расчета давали противоположные ответы. Американский исследователь, по-видимому, разрешил этот парадокс.

Точность, с которой астрономы могут предсказывать солнечные затмения и движение планет, наводит на мысль, что динамика крупных тел в Солнечной системе абсолютно предсказуема. На самом деле это впечатление обманчиво. Регулярным движение планет кажется лишь в тысячелетнем масштабе, но, когда счет идет на миллионы лет, в их динамику вполне может вмешаться хаос.

В случае движения планет Солнечной системы хаос, к счастью, не означает, что планеты будут двигаться совсем уж беспорядочно. Их орбиты будут лежать примерно в том же районе, где и сейчас. Хаотическое движение планеты на масштабе времени T означает только, что вы не сможете вычислить хотя бы приблизительное положение планеты на орбите через промежуток времени, в несколько раз больший, чем T.

Является ли движение планет в Солнечной системе регулярным и хаотическим, выясняется с помощью численных расчетов. Прибегать к ним приходится потому, что в случае более чем двух гравитационно взаимодействующих тел не существует аналитической формулы, в которую можно было бы подставить время и сразу получить положение тел в любой момент времени (см., например, популярную статью Задача трех тел и ее точные решения).

Гравитационные силы, притягивающие планеты к Солнцу и друг к другу, известны, поэтому можно задать начальные положения и скорости планет и запустить моделирование их движения в течение какого-то промежутка времени. Параллельно с этим запускается второе моделирование, в котором всё то же самое, только начальные данные отличаются на незначительную величину, например всего на 1 миллиметр. Вначале орбиты планет в этих двух ситуациях будут с огромной точностью совпадать, но постепенно, с ходом времени, они начнут всё сильнее и сильнее различаться. Для регулярного (нехаотического) движения это различие будет оставаться небольшим, в то время как для хаотического движения — экспоненциально увеличиваться со временем.

Вычисления такого рода для разных планет Солнечной системы уже давно были проделаны несколькими группами. Они, в частности, доказали, что движение Плутона становится хаотичным на временах порядка 10-20 миллионов лет из-за специфического резонансного взаимодействия с другими планетами. Динамика внутренней Солнечной системы, которая включает первые четыре планеты от Солнца — Меркурий, Венеру, Землю и Марс, — тоже хаотична на масштабе 4-5 миллионов лет, правда в этом случае причина хаоса пока не известна.

А вот выяснение этого вопроса для планет-гигантов во внешней Солнечной системе (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) неожиданно зашло в тупик. Расчеты одной группы (движение четырех больших планет в них учитывалось точно, а вращение внутренних планет Солнечной системы просто усреднялось) показали, что хаоса нет, по крайней мере в течение первого миллиарда лет. Вычисления другой группы — в них честно рассчитывалось движение всех планет — исправно «видели» хаос. Правда, при небольшой вариации параметров его временной масштаб постоянно прыгал в широком диапазоне, и причины, вызывавшие такую изменчивость, были непонятны. Одно время было ощущение, что хаос в этом случае — просто артефакт численных расчетов, но после тщательных проверок сходимости эту мысль пришлось оставить. Таким образом, к настоящему времени сложилась почти парадоксальная ситуация: имеются одинаково надежные расчеты, свидетельствующие как о том, что хаос в движении внешних планет есть, так и о том, что его нет.

Разобраться с этой ситуацией попробовал Уэйн Хэйес (Wayne Hayes) из Калифорнийского университета в Ирвайне (США). В своей статье, опубликованной недавно в журнале Nature Physics, он пришел к интересному выводу — всё дело в погрешности начальных данных.

Начальные данные для этих вычислений — положение и скорости дальних планет — берутся из астрономических наблюдений и известны сейчас с относительной погрешностью чуть лучше одной миллионной. Это может показаться очень высокой точностью, но, как выяснил автор, даже в этих пределах встречаются и регулярные, и хаотические ситуации, и более того — они перемешаны. Для доказательства автор взял 31 набор параметров орбит, все из которых лежат в пределах наблюдательных погрешностей. В пределах интервала моделирования в 200 миллионов лет 21 из них оказались хаотическими, а 10 — регулярными.

Иными словами, если взять наугад какие-нибудь начальные данные в этих пределах, то они могут с какой-то вероятностью получиться регулярными, а с какой-то — хаотическими. Именно в этом кроется, по мнению автора, расхождение между расчетами разных групп. А какой ситуации отвечает реальность, при сегодняшнем уровне знаний сказать нельзя.

На самом деле, эта работа не только предлагает ответ на давнюю загадку, но и ставит перед физиками новые вопросы. Совершенно непонятно, откуда возникает такая тонкая структура в хаосе — то есть такое тщательное перемешивание регулярных и хаотических ситуаций. Никакие известные резонансные явления в динамике внешних четырех планет объяснить это пока не могут. Не исключено, что в конце концов окажется, что резонансный механизм порождения хаоса вообще не сможет описать эти результаты, и тогда динамика Солнечной системы поставит перед теорией динамических систем уже вопросы не прикладного, а фундаментального характера.

http://elementy.ru

[sANy0]

Затерянный мир в капле янтаря

Целый затерянный мир нашли итальянские ученые в каплях янтаря. Возраст этому уникальному янтарю Триасового Периода ни много, ни мало 220 миллионов лет - даже древнее динозавров.

Крупнейшее месторождение янтаря Триасового периода было найдено недалеко от итальянского города Кортина Д Ампреззо, в Южных Альпах, -- несколько тысяч довольно крупных (порядка миллиметров размером) каплеобразных кусочков. Этот янтарь скрупулезно изучили итальянские ученые Евгенио Рогацци, Олимпия Копелотти из Университета Падуи, Гидо Роги из Института Геологических наук и земных ресурсов, Падуя, и их немецкий коллега Александр Шмидт из Музея Естественных Наук при Университете Гумбольдта, Берлин.

Издавна известно, что янтарь очень хорошо предохраняет живые организмы от разложения, как бы консервирует их. Ученые обнаружили в триасском янтаре огромное колическтво законсервированных древних организмов. Большую часть из них составляли древние бактерии. Кроме того, они нашли довольно много водорослей - близкие по строение к современному роду Cosmarium, причем на разных стадиях репродуктивного процесса. Обнаружили и древние грибы - по строению очень близкие к представиелям рода Ramularia.

Кроме того, ученые обнаружили в янтаре древнейших животных - жгутиковых из рода Coleps, амеб из семейств Centropyxidae и Diflugiidae. Внимательно проанализировав амеб разных видов, ученые натолкнулись на удивительный факт - оказывется, 220 миллионов лет наза уже существовал вид Centopyxis hirsuta Deflandre, и это вид простейших животных жив до сих пор.
tr-amber.jpg
Рис.1. Капли янтаря с микровключениями.


Интересен не только анатомический, но и экологический аспект находки - в янтаре представлены представители всех трофических уровней древнейшего микро-биогеоценоза - продуценты (бактерии и фототрофические водоросли), консументы (простейшие животные) и редуценты (грибы). Амебы ели бактерий, жгутиковые простейшие - скорее всего, водорослей. Некоторые крупные жугитовые ели других жгутиковых помельче, ризопод, а может, и древних многоклеточных животных.

Скорее всего, считают ученые, в определенных местах дна скапливались организмы, оседавшие со всей толщи воды. Видимо, капли смолы "удачно" упали в места скопления такого рода осевших организмов.

Открытие итальянских ученых позволяет нам представить во всей красе и многообразии устройство древних микро-биогеоценозов. Кроме этого, ученые доказали, что некоторые семейства, роды и даже виды древних организмов живут на Земле вот уже 220 миллионов лет.

Добавлено через 4 минуты


Полные митохондриальные геномы вымерших животных теперь можно извлекать из волос


Знаменитый мамонтенок Дима — один из десяти мамонтов, чей митохондриальный геном удалось «собрать» из кусочков ДНК, сохранившихся в стержнях волос. Фото с сайта www.paleo.ru
Знаменитый мамонтенок Дима — один из десяти мамонтов, чей митохондриальный геном удалось «собрать» из кусочков ДНК, сохранившихся в стержнях волос. Фото с сайта www.paleo.ru

Новые методы секвенирования («прочтения») ДНК позволили международной группе исследователей восстановить полные митохондриальные геномы 10 мамонтов на основе фрагментов ДНК, выделенных из стержней волос. Исследование показало, что митохондриальная ДНК сохраняется в древних волосах даже лучше, чем в костях. Это открывает новые возможности для молекулярно-генетического изучения вымерших млекопитающих.

Несмотря на большой интерес к изучению древней ДНК, до сих пор ученым удалось прочесть только шесть полных митохондриальных геномов ископаемых животных — 4 генома гигантских нелетающих птиц и 2 генома мамонтов (см. Полностью расшифрован митохондриальный геном мамонта, «Элементы», 07.02.2006). В большинстве случаев дело ограничивается короткими фрагментами ДНК, которые извлекают из костей или из сохранившихся в вечной мерзлоте мягких тканей.

ДНК современных людей и зверей для генетических анализов часто берут из корней волос, где много живых клеток с высоким содержанием ДНК. Что касается стержней волос, то они традиционно считались малоперспективным источником ДНК. Стержни волос состоят из мертвых кератинизированных (ороговевших) клеток с незначительным содержанием генетического материала. Старые методы выделения, амплификации (размножения) и секвенирования (определения последовательности нуклеотидов) не позволяли работать с такими ничтожными количествами ДНК.

Однако стремительное развитие технологий сегодня сделало возможным то, что казалось немыслимым еще 3 года назад. Большая международная группа ученых (в состав которой входят 6 российских исследователей) сообщила об успешном прочтении десяти полных митохондриальных геномов на основе фрагментов ДНК, извлеченных из шерсти сибирских мамонтов. Это стало возможным благодаря новой технологии секвенирования, получившей название «sequencing-by-synthesis» (секвенирование при помощи синтеза). Статья с описанием этой методики была опубликована в журнале Nature в сентябре 2005 года.

Авторы использовали разное количество волос для каждого из 10 мамонтов — сколько смогли раздобыть (от 0,2 г до 5,2 г). Использовались только стержни; если где-то сохранились корни волос, они удалялись. Во всех 10 случаях извлеченного количества митохондриальной ДНК вполне хватило для полной и достаточно точной реконструкции митохондриального генома. Средняя длина фрагментов мтДНК, сохранившихся в волосах, колеблется от 60 до 128 пар оснований (примерно как и в костях).

Авторы отмечают, что волосы во многих отношениях оказались лучшим материалом для исследования древней митохондриальной ДНК, чем кости.

Во-первых, как выяснилось, ДНК в стержнях волос медленнее подвергается «посмертному мутированию». По-видимому, мертвые кератинизированные клетки защищают сохранившуюся в толще волоса ДНК от разнообразных повреждающих воздействий, в том числе от воды, которая способствует превращению (гидролизу) цитозинов (Ц) в тимины (Т).

Во-вторых, в стержнях волос оказалась резко повышена доля мтДНК по отношению к ядерной ДНК, что сильно облегчает работу по прочтению именно митохондриальных геномов.

В-третьих, мтДНК из стержней волос оказалась несравненно меньше загрязнена чужеродным генетическим материалом — бактериальным, человеческим и т. д. (а эти загрязнения — главная головная боль всех специалистов по изучению древней ДНК).

Наконец, в-четвертых, волосы обычно представляют меньшую ценность, чем кости, и их не так жалко тратить на генетические анализы.

Изученные волосы пролежали в вечной мерзлоте от 17 до 50 тысяч лет, но это не так страшно для сохранности ДНК, как те годы, которые эти волосы провели потом в музеях при комнатной температуре. Один из самых удивительных результатов данного исследования состоит в том, что мтДНК сохранилась даже в волосах знаменитого «мамонта Адамса» — первого мамонта, исследованного учеными. Этот прекрасно сохранившийся мамонт был найден в 1799 году охотником-эвенком. В 1806 году мамонт был извлечен из вечной мерзлоты русским ботаником Михаилом Адамсом. Изучение этого мамонта дало первые бесспорные доказательства того, что биологические виды могут вымирать. Скелет мамонта Адамса сегодня хранится в Санкт-Петербургском зоологическом музее.

То, что в шерсти мамонта Адамса после 200 лет хранения при комнатной температуре все-таки сохранилась мтДНК в количестве, достаточном для реконструкции полного митохондриального генома, открывает перед исследователями небывалые перспективы. Авторы отмечают, что теперь появилась реальная возможность применить всю мощь методов генетического анализа к коллекциям Чарльза Дарвина, Александра Гумбольдта и Карла Линнея. Можно надеяться, что вскоре удастся прочесть митохондриальные геномы многих недавно вымерших животных, чучела которых сохранились в музеях.

[iva]

sANy0, желательно указывать источник сообщений и оставлять ссылку. :)

[LiO]

Британский студент получит 25 тысяч долларов за математическое доказательство



30646
"Вольфрамовская" машина Тьюринга в виде конечного автомата: первые двести переходов. Направление "капельки" (вверх/вниз) символизирует состояние каретки, цвет квадратика (белый, желтый, оранжевый) - символ алфавита.

Двадцатилетний британский студент Алекс Смит (Alex Smith) решил задачу, предложенную в мае 2007 года известным американским математиком Стивеном Вольфрамом (Stephen Wolfram), и теперь получит учрежденный Вольфрамом приз в 25 тысяч долларов, сообщает журнал Nature.

Вольфрам родился в Лондоне, но впоследствии переехал в Америку и основал там компанию Wolfram Research. Известен, в частности, как создатель распространенной компьютерной программы Mathematica. В мае этого года Вольфрам предложил всем желающим доказать, что конкретная машина Тьюринга с двумя состояними каретки и алфавитом из трех символов является универсальной (или доказать обратное).

Машиной Тьюринга в честь британского математика Алана Тьюринга (Alan Turing) называют абстрактный исполнитель алгоритмов, упрощенную модель вычислительной машины. В состав машины Тьюринга входит бесконечная в обе стороны лента, разделённая на ячейки, в каждой ячейке может быть записан один из символов заданного алфавита. Над лентой передвигается каретка, которая может находиться в одном из заданных состояний.

Каретка может перемещаться влево и вправо по ленте, читать и записывать в ячейки ленты символы алфавита. Правила перемещения (вида "прочти символ", "перейди на такую-то клетку", "запиши символ", "сотри символ") задаются программой, которая тоже является частью конкретной машины Тьюринга. Мысленный эксперимент с машиной Тьюринга редко непосредственно используется в современной математике, но в принципе на ней можно промоделировать многие, в том числе и довольно сложные, алгоритмы.

Универсальной называют машину Тьюринга, которая способна заменить собой любую другую машину Тьюринга. Задача, предложенная Вольфрамом, состояла в том, чтобы выяснить, является ли машина Тьюринга с двумя состояними каретки, алфавитом из трех символов (считая пустой) и конкретным набором правил (позволяющим при простых начальных условиях заполнять ленту весьма сложными узорами символов) универсальной, и доказать это.

Узнав о конкурсе, Алекс Смит, студент третьего курса Бирмингемского университета, изучающий электротехнику, сразу взялся за работу. Сведя задачу к эквивалентной, но более простой, Смит доказал универсальность "вольфрамовской" машины, за что и получит 25 тысяч долларов.
http://www.lenta.ru/news/2007/10/24/math/

[CBETA]

Множественность Вселенных - правда или миф?


«За каждым поворотом улицы я встречаю другого самого себя»

Тристан Тцара

Похоже, спор между физиками, длящийся уже более полувека, подходит к своему логическому завершению. Речь – о проблеме множественности Вселенных. Известный британский физик-теоретик Дэвид Дойч из Оксфордского университета, автор нашумевшей книги «Структура реальности» (The Fabric of Reality), опубликовал вместе с коллегами статью, в которой доказывает, что без тезиса о множественности Вселенных (он называет их совокупность Мультиверс, то есть Мультивселенная) не может быть квантовой механики. А поскольку квантовой механики, этого столпа современной физики, просто не может не быть, то, следовательно, не может не быть и множественности миров.

Любители научной фантастики со множественностью Вселенных давно сроднились, для них перебраться из мира в мир – все равно что перейти улицу. Правда, первый, кто написал об этом, был О'Генри с его рассказом «Дороги, которые мы выбираем», то есть отнюдь не фантаст. А 50 лет назад на идею Мультивселенной всерьез подсели и физики. Это случилось после того, как в 1957 году никому не известный свежеиспеченный выпускник Принстонского университета Хью Эверетт опубликовал весьма странную и трудночитаемую даже для специалистов статью, совершившую, как утверждают, настоящий переворот в квантовой механике. В частности, здесь впервые была высказана идея о расщеплении миров.

Читателям, знакомым с квантовой механикой хотя бы понаслышке, должен быть известен принцип неопределенности Гейзенберга: чем точнее мы знаем месторасположение элементарной частицы, тем меньше нам известно о ее скорости – и наоборот. Электрон согласно этому принципу – уже не точка, а размытое пятнышко. Когда он вертится вокруг атомного ядра, то там нет орбиты, а есть некое сферическое облако. На самом-то деле он, может быть, и точка, но для нас он пятнышко – область его возможных местонахождений и скоростей.

По Эверетту, в момент «измерения» (этому термину ученый придает куда более широкий смысл, чем общепринятый) Вселенная расщепляется на множество других, и в тот момент отличаются они друг от друга только местонахождением точки в одном-единственном пятнышке. Причем при любом акте выбора, куда ставить точку, реально осуществляются с той или иной вероятностью ВСЕ мыслимые варианты этого выбора, и на каждый вариант полагается своя собственная Вселенная.

Иными словами – каждый миг каждая Вселенная в мире Эверетта расщепляется на непредставимое количество себе подобных, а уже в следующий миг каждая из этих новорожденных расщепляется точно таким же образом. И есть огромное, чуть ли не близкое к бесконечности и все время увеличивающееся множество Вселенных, и в этом множестве есть множество миров, в которых существуете вы. В одном мире вы, читая эту статью, пьете чай, в другом – кофе. В одном мире вы едете в переполненной электричке, в другом – на собственной океанской яхте. В одном мире вы победитель, в другом – побежденный. И в этом множестве есть множество таких миров, где все вы практически не отличаетесь друг от друга.

Осталось только понять, имеем ли мы, по теории Эверетта, хотя бы принципиальную возможность пересечь тот самый поворот улицы, за которым можно встретить другого самого себя.
Параллельные миры: веришь – не веришь?

Физики же в отношении идеи множественности миров немедленно разделились на два лагеря – на тех, кто верит в нее, и на тех, кто не верит. Не было аргументов, опровергающих идею Хью Эверетта, но не было и таких, которые могли бы ее подтвердить. Доходило до абсурда – среди крупных теоретиков провели социологический опрос: множественна Вселенная или нет? 58% сказали «да», 38% отвергли эту идею.

Полную версию статьи читайте здесь:
http://www.ng.ru/science/2007-10-24/11_physics.html

[LiO]

"Бомбардировка" ядра привела к синтезу новых изотопов
Границы стабильности вещества могут сдвинуться дальше, чем считалось ранее

Американским физикам удалось синтезировать три новых сверхтяжелых изотопа. По информации Национальной лаборатории сверхпроводящего циклотрона (NSCL) США, циклический ускоритель частиц, который при "бомбардировке" ядра с большой скоростью, привел к распаду ядра и созданию трех новых изотопов.

Многие изотопы не встречаются в природе и могут быть синтезированы лишь искусственным путем, особенно сверхтяжелые нестабильные ядра. Физики из NSCL бомбардировали лист вольфрама высокоскоростными ядрами кальция-48. Возникающие после бомбардировки ядра подвергались высокоточному анализу, который позволяет обнаружить даже самые редкие изотопы.

В частности, магний-40 (12 протонов, 28 нейтронов), алюминий-43 (13 протонов, 30 нейтронов) и алюминий-42 (13 протонов, 29 нейтронов) заставляют пересмотреть гипотезы о максимальном количестве нейтронов, которое может содержать атомное ядро.

Следует отметить, что ученые ранее считали существование алюминия-42 невозможным. Однако детекторам удалось зафиксировать более 20 ядер странного изотопа, практически не оставляя сомнений в его существовании.

Несмотря на подобного рода успех, ученые уверены, что после усовершенствования методов проведения эксперимента, им удастся получить еще более тяжелые изотопы.

Тем временем, пограничной полицией Грузии были задержаны четверо граждан Армении, пытавшихся ввезти в Турцию более 2 грамм радиактивного материала. Согласно данным грузинских пограничников, речь идет об изотопе Lovresium (LAV-103), упакованном в специальным контейнер. Ведется расследование и установление целей его использования задержанными.

Пободный инцидент уже имел место на территории Грузии. Несмотря на то, что инцидент произошел в январе 2006 года, о нем стало известно лишь в этом году. В январе прошлого года спецслужбы объявили о задержании гражданина РФ, в нагрудном кармане которого был обнаружен полиэтиленовый пакет с ураном высокой степени обогащения (более 90%). Сам арест был произведен летом 2006 года.
http://www.ng.ru/science/2007-10-27/100_izotop.html

[LiO]

Специалисты по квантовой электронике научились передавать информацию на большие расстояния

31348
Ян Аппельбаум (справа) и Бицинь Хуан

Физики смогли передать спин электрона на значительное для микротехнологий расстояние. Это важный шаг в спинтронике - многообещающей области квантовой электроники, использующей в качестве основного носителя информации не заряды, а особые квантовые характеристики - спины - электронов, сообщает Делавэрский университет США.

Электрон, как и другие элементарные частицы, обладает особой характеристикой - спином. Спин электрона может принимать два значения (иметь два направления - условные "вверх" и "вниз"), которые используются в качестве логических 0 и 1. Спинтроника (спиновая электроника) использует спины в качестве основного физического носителя информации, тогда как обычная электроника полагается на заряды.

Заряд электрона неизменен, поэтому для в обычной электронике для операций необходимо перемещать электроны (убирать их или, наоборот, доставлять на нужное место), тогда как в спинтронике можно менять спины электронов, не затрачивая энергию на перенос самих частиц. Это, а также способность спинтронных элементов памяти сохранять данные даже при отключенном питании, позволяют надеяться, что в будущем спинтроника окажется более быстрым, дешевым и надежным способом обработки информации.

Бицинь Хуан (Biqin Huang), Ян Эппельбаум (Ian Applebaum) и Доу Монсма (Douwe Monsma) из Делавэрского университета (которые в мае 2007 года впервые экспериментально доказали возможность изготовления спинтронных устройств из кремния) смогли передать спин на огромное для микротехнологий расстояние: через целую кремниевую вафлю (тонкую пластинку размером несколько сантиметров). Иными словами, они добились того, чтобы поведение электронов на одном конце вафли зависело от спина нужных электронов на другом конце.

По мнению исследователей, теперь доказано, что в кремниевых спинтронных устройств возможна эффективная передача информации.

Развитие спинтроники стало возможным во многом благодаря открытию эффекта гигантского магнетосопротивления, позволяющего влиять на свойства электронов при помощи магнитного поля.
http://www.lenta.ru/news/2007/10/29/spin/

[Agent 007]

Нанотехнологии должны приносить пользу


С самого начала следующего года начнет действовать новая общеевропейская программа под названием Catrene (Cluster for Application and Technology Research in Europe on NanoElectronics). Основная задача – поиск применения последним достижениям нанотехнологий в таких значимых областях, как энергетика, здравоохранение и транспорт. Бюджет Catrene составляет 6 млрд евро. Освоить эти средства предполагается за четыре года.

http://www.igromania.ru

[LiO]

Химики промоделировали на неживых объектах уникальное свойство живых организмов


32288
Распределение палочек на поверхности раствора: справа - через 38 часов после начала опыта, слева - через 110. Фото авторов исследования.

Химики из Пенсильванского государственного университета "научили" неживые объекты умению, присущему только живым организмам, - хемотаксису, способности самостоятельно двигаться по направлению к определенным химическим веществам или от них, сообщает PhysicsWorld.

Благодаря хемотаксису, например, одноклеточные организмы способны двигаться в водном растворе по направлению к тем областям раствора, где концентрация определенных веществ выше (если это аттрактанты) или ниже (если это, соответственно, репелленты).

Легко представить, что хемотаксис в неживой природе можно было бы использовать для управления движением частиц в жидкости (например, лекарств в организме), для самосборки наноустройств без затрат внешней энергии, для проверки наличия в растворах опасных или, наоборот, полезных веществ. Однако механизм, благодаря которому живым организмам присущ хемотаксис, чрезвычайно сложен, и искусственно промоделировать его трудно.

Пенсильванские химики придумали достаточно простой способ. Моделями организмов служили металлические палочки длиной два нанометра. Один конец у палочек был золотым, второй - платиновым. Палочки помещались в плоский сосуд с чистой водой, туда же помещался гель, содержащий перекись водорода. Перекись постепенно переходила из геля в воду, за счет чего возникал перепад ее концентрации в растворе: чем ближе к гелю, тем выше.

Через 110 часов после начала эксперимента 70 процентов палочек собралось вплотную к гелю. По мнению исследователей, причиной направленного перемещения палочек является случайное движение молекул в растворе с неравномерной концентрацией. И золото, и платина являются катализаторами распада перекиси водорода, но реакции протекают по-разному. В итоге вокруг палочки возникает движение молекул раствора, которое сдвигает с места и ее саму. Чем выше концентрация перекиси водорода, тем интенсивнее движение частиц. В конце концов большинство палочек оказывается в месте максимальной концентрации - притягивается к гелю.

Теперь пенсильванская группа хочет промоделировать в неживой природе фототаксис: двигательную реакцию уже не на химический, а на световой раздражитель.
http://www.lenta.ru/news/2007/11/06/chemotaxis/

[Agent 007]

Сделан еще один шаг к пониманию механизмов регенерации

Отрезанная конечность у тритона начинает восстанавливаться только в том случае, если в культе остался живой нерв. Механизм, посредством которого нерв «руководит» регенерацией, оставался неизвестным. Британские ученые обнаружили белок, играющий ключевую роль в этом механизме. Достаточно заставить клетки культи производить этот белок, чтобы конечность полностью восстановилась даже в отсутствие живых нервов.

Механизмы регенерации продолжают оставаться во многом загадочными, несмотря на огромный (и вполне оправданный) интерес ученых к этому явлению (см. ссылки внизу). Одной из загадок является роль нервов в процессе восстановления утраченных конечностей. Еще в 1823 году английский врач Твиди Джон Тодд (Tweedy John Todd, 1789–1840) обнаружил, что для восстановления отрезанной лапки у тритона необходимо присутствие живого нерва. Если убить нерв, идущий к конечности от спинного мозга, перерезав его у основания, то регенерация не происходит. В дальнейшем выяснилось, что для нормальной регенерации вовсе не нужно, чтобы нерв функционировал, то есть проводил нервные импульсы или выделял нейромедиаторы. Достаточно, чтобы он «просто был». Как оказалось, присутствие нерва, при выполнении некоторых условий, может стимулировать даже развитие дополнительной конечности («пятой ноги») на месте обычной ранки (см.: Endo et al., 2004. A stepwise model system for limb regeneration). В дальнейшем было показано, что нервы необходимы для многих разновидностей регенерационных процессов как у позвоночных, так и у беспозвоночных.

На месте ампутации у тритона сначала образуется так называемая бластема — «холмик» из стволовых клеток, из которого, если всё пойдет нормально, постепенно вырастет новая нога. Бластема образуется даже в отсутствие нерва, но тогда процесс регенерации на этом и останавливается. Если же в культе есть живой нерв (который тоже начинает регенерировать после ампутации), клетки бластемы активно делятся и постепенно формируют заново утраченные части ноги — начиная от проксимальных (ближайших к основанию) и кончая дистальными, то есть пальцами. Интересно, что нерв является необходимым условием только для ранних этапов регенерации (кроме самого раннего — образования бластемы); если конечность уже начала отрастать, то удаление нерва не останавливает этот процесс.

Регенерация конечности идет под управлением нескольких регуляторных белков и белковых комплексов, которые руководят также и процессом образования конечностей в онтогенезе (индивидуальном развитии). «Генетическая программа» регенерации, судя по всему, представляет собой слегка модифицированный фрагмент программы индивидуального развития, которая есть у всех животных (см.: Разгадан механизм регенерации конечностей, «Элементы», 27.11.2006).

Один из важных регуляторов развития конечности — белок Prod 1, располагающийся на поверхности клеток бластемы. Он задает проксимально-дистальный градиент, от которого зависит, какие части растущего зачатка станут плечом, какие предплечьем, а какие — кистью. Чем ближе к основанию конечности, тем выше концентрация белка Prod 1, чем дальше от основания — тем меньше молекул белка можно найти на поверхности клеток развивающегося зачатка. Экспериментально было показано, что если искусственно активизировать синтез белка Prod 1 в дистальной части зачатка, то там, где следовало бы появиться предплечью или кисти, развивается что-то плечеподобное, то есть клетки начинают вести себя так, как если бы они были расположены гораздо ближе к основанию конечности.

Британские биологи предположили, что белок Prod 1, располагающийся на поверхности клеток, играет роль рецептора, и, следовательно, должен существовать лиганд — вещество, которое связывается с этим рецептором (и таким образом клетки бластемы принимают извне некий руководящий сигнал). Этот гипотетический лиганд, очевидно, должен играть важную роль в регуляции регенерационных процессов. Оставалось его найти.

С этой целью ученые исследовали различные вещества, выделяемые клетками регенерирующей конечности, проверяя, не проявляют ли они склонности образовывать прочные комплексы с белком Prod 1. Целенаправленный поиск оказался успешным. Оказалось, что один из секретируемых (выделяемых клетками во внешнюю среду) белков, получивший название nAG, обладает искомым свойством. Этот белок относится к семейству белков AG (anterior gradient), о функциях которого известно довольно мало (в частности, известно, что некоторые AG-белки активно синтезируются в раковых опухолях у человека и грызунов).

Теперь нужно было изучить другие свойства новооткрытого белка. Добавив его в культуру стволовых клеток бластемы, ученые обнаружили, что nAG резко ускоряет их деление. Это означало, что ученые на верном пути и что белок nAG может иметь прямое отношение к регенерации.

На следующем этапе исследований обнаружилась связь белка nAG с нервами. Оказалось, что вскоре после ампутации конечности в дистальной части культи начинается активное производства белка nAG клетками, окружающими регенерирующий нерв (шванновскими клетками). Через некоторое время на поверхности бластемы образуется тонкий эпидермис с желёзками, и в этих желёзках тоже вырабатывается белок nAG.

Если же нерв был перерезан у основания (то есть убит), то после ампутации шванновские клетки не производят белка nAG, а бластема вскоре прекращает свое развитие и не образует железок.

Таким образом, стало ясно, что живой восстанавливающийся нерв необходим для того, чтобы шванновские клетки начали вырабатывать белок nAG. Теперь уже у ученых появились все основания предполагать, что белок nAG играет какую-то роль в передаче «руководящего сигнала» от нерва к клеткам бластемы (а принимается этот сигнал белком Prod 1).

Если бы опыты ставились не на тритонах, а на мышах, то в качестве следующего шага было бы естественно «выключить» ген, кодирующий белок nAG (у мышей его нет, но есть его гомологи — белки AG2 и AG3), и посмотреть, будет ли отрастать отрезанная конечность. Но у мышей конечности, как известно, не отрастают, а у тритонов исследователи пока не умеют так ловко отключать гены. Поэтому исследователи поступили иначе. Сначала они перерезали нескольким тритонам нервы, идущие к правой передней лапе. Потом ампутировали конечность. После этого половине тритонов в культю ввели активно работающий ген белка nAG при помощи метода электропорации. Второй половине тритонов, которая служила контролем, тем же способом вели неработающий фрагмент ДНК.

Результат превзошел все ожидания. У контрольных тритонов, естественно, регенерация не состоялась (поскольку нерв был убит). У основной группы животных, несмотря на отсутствие в культе живого нерва, конечность восстановилась полностью, включая даже пальцы. Синтез белка nAG в шванновских клетках так и не начался, но бластема тем не менее стала быстро делиться и образовала эпидермис с желёзками, и эти желёзки, как и положено, начали производить белок nAG. После этого восстановление конечности шло обычным путем.

Таким образом, белок nAG оказался ключевым звеном в передаче сигнала от нерва к клеткам бластемы. Стало ясно, что живой восстанавливающийся нерв нужен для того, чтобы стимулировать производство белка nAG шванновскими клетками. Это стимулирует деление клеток бластемы и образование эпидермиса с желёзками, которые в дальнейшем берут синтез белка nAG на себя.

Данное исследование представляет собой важный шаг в изучении механизмов регенерации, хотя, конечно, до полного понимания этого процесса еще очень далеко (примерно так же, как и до полного понимания механизмов онтогенеза).
.:: Скрытый текст<br />Вы должны войти под своим логином или зарегистрироваться и иметь 25 сообщение(ий) ::.

http://elementy.ru

[LiO]

Названы лауреаты премии «Триумф»

Сегодня были подведены итоги голосования жюри Независимой премии поощрения высших достижений в области науки «Триумф».

Как стало известно корреспонденту «Росбалта», лауреатами 2007 года стали в номинации «Физико-математические науки» — академик Сергей Никольский, в номинации «Механика и технические науки» — академик Георгий Бюшгенс, в номинации «Химия и науки о материалах» — академик Олег Чупахин, в номинации Науки о Земле» — академик Глеб Добровольский, в номинации «Гуманитарные науки» — академик РАО и РАХ Ирина Антонова, в номинации «Науки о жизни, медицина» — член-корреспондент РАН и РАМН Вадим Агол.

Каждый лауреат получит премию в размере, эквивалентном 50тысяч долларов США. Торжественная церемония вручения премии «Триумф-наука» состоится 11 декабря 2007 года.

«Триумф» – ежегодная Российская независимая премия поощрения высших достижений в области науки. В 2000 году Попечительский совет Фонда «Триумф – Новый век» учредил, наряду с премиями в области литературы и искусства, также и шесть ежегодных премий в области науки.

Премия «Триумф» присуждается российским ученым за выдающиеся достижения в экспериментальных и теоретических исследованиях, внесших значительный вклад в развитие отечественной и мировой науки. Фонд «Триумф» совместно с Президиумом РАН формируют жюри научной секции, в состав которого входят ведущие ученые РАН, РАМН и РАСХН. В жюри входят 20 ведущих ученых России, среди них – члены РАН, РАМН, РАСХН.
http://www.rosbalt.ru/2007/11/13/430946.html

[Agent 007]

Кастовая принадлежность у термитов предопределена генетически

До сих пор считалось, что принадлежность термита к той или иной касте зависит только «от воспитания», то есть от того, чем его кормят другие термиты и какие феромоны они при этом выделяют. Японские и австралийские исследователи показали, что так обстоит дело, по-видимому, только у примитивных видов. У более продвинутых форм, таких как распространенный в Японии Reticulitermes speratus, кастовая принадлежность предопределена генетически. Один-единственный ген, расположенный в Х-хромосоме, определяет, по какому из двух возможных путей пойдет развитие насекомого.

У общественных насекомых из отряда перепончатокрылых (муравьев, ос, пчел, шмелей) роль самцов в общественной жизни сведена к минимуму — они нужны только для размножения и больше ни для чего. Все работы по постройке и защите гнезда, уходу за молодью и добыче пропитания возложены на самок. Кем станет данная самка, рабочей особью, отказавшейся от участия в размножении ради заботы о сестрах, или царицей — основательницей новой колонии, зависит исключительно «от воспитания». Второстепенная роль самцов у перепончатокрылых тесно связана с тем обстоятельством, что они развиваются из неоплодотворенных яиц (то есть партеногенетически) и поэтому являются гаплоидными (имеют одинарный набор хромосом). Это делает их, упрощенно говоря, генетически неполноценными существами, на которых лучше не полагаться в сложных и ответственных делах.

У термитов всё по-другому. Самцы у них диплоидные, развиваются из оплодотворенных яиц и наравне с самками служат как рабочими, так и солдатами. У примитивных видов термитов кастовая принадлежность насекомого зависит, как и у муравьев, только от воспитания, и вплоть до весьма поздних стадий индивидуального развития сохраняется возможность выбора. У более эволюционно продвинутых видов, таких как Reticulitermes speratus, судьба насекомого становится предопределенной уже ко времени второй личиночной линьки.

С этого момента развитие насекомого идет по одному из двух путей — «пути нимфы» или «пути рабочего», причем перейти с одного пути на другой уже нельзя.

У нимф образуются зачатки крыльев, и в конце концов они становятся крылатыми взрослыми термитами, способными улететь из гнезда и основать новую колонию.

У рабочих зачатки крыльев не образуются, крылатыми они стать не могут, но некоторые из них после пятой или шестой линьки могут быть призваны на военную службу — стать солдатами.

Термитники живут десятилетиями и, как всякое большое и серьезное предприятие, они располагают средствами для поддержания своей стабильности и жизнеспособности. Гибель царя или царицы в термитнике — дело довольно обычное, и это вовсе не приводит автоматически к смерти всей колонии. В отсутствие размножающихся особей роль «и.о. царя и царицы» могут взять на себя как рабочие бескрылые самцы и самки, так и нимфы с зачатками крыльев. Они приступают к размножению, сохраняя внешний вид ювенильных (неполовозрелых) особей. Размножающихся рабочих называют «эргатоидами», размножающихся нимф — «нимфоидами».

Кроме того, самки всех трех сортов (царицы, нимфоиды и эргатоиды) могут в отсутствие самцов размножаться партеногенетически. Всё потомство при этом оказывается женского пола (у большинства термитов, как и у многих других животных и у людей, самки имеют набор половых хромосом XX, самцы – XY). В отличие от большинства перепончатокрылых, у которых партеногенетическое потомство гаплоидное, у термитов оно диплоидное, то есть имеет двойной набор хромосом. Это происходит за счет простого удвоения гаплоидного хромосомного набора яйцеклетки, поэтому такие термиты оказываются гомозиготными по всем генам (каждый ген представлен двумя идентичными копиями).

Японские и австралийские энтомологи провели серию экспериментов, целью которых было выяснить, чем определяется выбор одного из двух путей развития — воспитанием или генотипом. Для этого они скрещивали между собой в разных комбинациях нимфоидов с эргатоидами, а также заставляли самок размножаться партеногенетически.

Каждой размножающейся паре и каждой партеногенетической самке давали «в помощь» 50 рабочих-самок из другой, неродственной колонии (присутствие рабочих стимулирует откладку яиц). Все отложенные яйца ежедневно забирались из искусственных термитников и отдавались на «воспитание» пятидесяти рабочим-самцам, тоже из неродственной колонии. Таким образом, все личинки воспитывались в одинаковых условиях и в отсутствие размножающихся особей (превращение рабочих в эргатоидов — дело не быстрое, оно занимает 30–40 дней). После третьей линьки ученые регистрировали пол каждой личинки и ее кастовую принадлежность (рабочая или нимфа).

Полученные результаты четко показали, что каста зависит не столько от воспитания, сколько от генотипа, причем ключевую роль в определении кастовой принадлежности играет один-единственный ген, локализованный в X-хромосоме.

Результаты, действительно, получились крайне интересные. Несколько упрощая картину, их можно описать следующим образом:

1) партеногенетическое потомство самок-нимфоидов на 100% состояло из самок-нимф;
2) партеногенетическое потомство самок-эргатоидов наполовину погибло, а почти все выжившие оказались самками-нимфами;
3) потомство от скрещивания самок-нимфоидов с самцами-нимфоидами наполовину состояло из самок-рабочих, наполовину — из самцов-рабочих;
4) потомство от скрещивания самок-нимфоидов с самцами-эргатоидами наполовину состояло из самок-нимф, наполовину — из самцов-рабочих;
5) потомство от скрещивания самок-эргатоидов с самцами-нимфоидами на четверть погибло, а остальные 3/4 состояли в равной пропорции из самцов-нимф, рабочих-самок и рабочих-самцов;
6) потомство от скрещивания самок-эргатоидов с самцами-эргатоидами состояло из самок-нимф, самцов-нимф, самок-рабочих и самцов-рабочих в равной пропорции (1:1:1:1).

Простейшим объяснением полученных результатов является следующая генетическая модель. В X-хромосоме имеется ген (исследователи назвали его worker), который существует в двух аллельных вариантах: A и B. Это дает три возможных генотипа для самок и два для самцов:

XAXA — самка-нимфа,
XAXB — самка-рабочая,
XBXB — леталь (погибает),
XBY — самец-нимфа,
XAY — самец-рабочий.

Дополнительные эксперименты показали, что генетическая детерминация кастовой принадлежности не является абсолютно строгой (воспитание может, например, сделать часть генетических самок-нимф самками-рабочими), но в целом каста зависит от генов намного сильнее, чем от воспитания.

Исследователи полагают, что система генетической детерминации каст возникла как надстройка над исходной «воспитательной» системой. Это дало термитам ряд преимуществ. Образно говоря, строгие законы генетики регулируют кастовый состав колонии более надежно, чем менее строгие законы общественной жизни. Например, генетическая детерминация каст гарантирует, что в молодой колонии, пока основавшие ее царь (XBY) и царица (XAXA) еще живы и полны сил, будут появляться на свет только рабочие особи (XAXB и XAY). Это дает возможность молодой колонии расти быстрее, не тратя энергию на производство крылатых особей. Нимфы начнут появляться только после того, как родители-основатели зачахнут или погибнут, и часть рабочих превратится в эргатоидов.

Авторы предложили также эволюционную модель, объясняющую, в какой последовательности должны были появляться и распространяться аллели гена worker. Сначала должен был распространиться аллель A, что привело к появлению генетически детерминированных рабочих-самцов. Поскольку рабочих-самцов стало больше, это автоматически привело к тому, что среди крылатых выросла доля самок. Это, в свою очередь, создало предпосылки для распространения аллеля B, который сделал генетически детерминированными также и рабочих-самок, а заодно и «выровнял» соотношение полов среди крылатых. То, что в результате иногда стали откладываться нежизнеспособные яйца с генотипом XBXB, было своеобразной «платой» за полученные преимущества.

Модель предсказывает, что в процессе перехода от «воспитательной» детерминации каст к «генетической» должны были появляться своеобразные переходные формы термитов с резко неравным соотношением полов в некоторых кастах. Нечто подобное действительно наблюдается у некоторых термитов. В частности, известно несколько видов, у которых все рабочие и (или) все эргатоиды относятся только к одному полу. Вполне возможно, что переход к генетической детерминации кастовой принадлежности за счет появления тех или иных регуляторных аллелей в половых хромосомах происходил (и продолжает происходить) многократно в разных эволюционных линиях термитов.

http://elementy.ru

[CBETA]

Научное представление о переселении душ
Случаи, когда человек вспоминает о событиях, которые происходили с кем-то другим, и местах, в которых он никогда не бывал, обычно толкуются как сверхестественные. Оказывается, наука имеет свой взгляд на так называемую реинкарнацию
...Девочка убеждена, что имеет взрослых детей, переживает за них, стремится предостеречь от опасностей. Она описывает обстановку дома, мужа, с которым якобы прожила много лет. По совету психиатра, родители отправляются в город, ставший местом действия видений дочери. Там они без труда находят описанные ею улицу и дом, застают всех «родственников».

В интерпретации журналистов такие случаи выглядят как блуждание бессмертной души в иной телесной оболочке. У профессора Элияху Орота своя версия. Он считает, что психика ребенка может подключаться к огромному информационному резерву, скрывающемуся в коллективном бессознательном. Как если бы персональный компьютер подключился к родоплеменному Интернету.

Психика человека оперирует лишь несколькими процентами хранящейся в памяти информации. Ради душевного здоровья мозг обучается не только помнить, но и забывать — то есть откладывать менее актуальную информацию в дальние ячейки памяти.

Версия Элияху Орота логична и более «заземлена», чем теория реинкарнации. Но феномен перевоплощений может быть объяснен и по-другому, с помощью исследований советского физиолога Анохина. Ученый полагал, что так называемые молчащие гены — как бы избыточные, не участвующие в передаче потомству наследственной информации, — вовсе не бездействуют, но кодируют информацию обо всем, что происходит с человеком в течение всей его жизни. Это, по существу, своеобразные гены памяти, многократно дублируемые в организме, которые на молекулярном уровне запоминают все, даже то, что стирает обычная память.

Люди в процессе общения постоянно обмениваются клетками: при рукопожатиях, поцелуях, просто при нахождении в чужом доме, пыль которого содержит отшелушившиеся, но вполне живые клетки его обитателей. Поэтому каждый из нас носит в себе много генетического материала других людей — не всегда знакомых и даже не всегда живых. Обычно этот генетический материал «дремлет», но в каких-то условиях может пробудиться и вызвать изменения в психике носителя. Если донор генетического материала уже завершил свой жизненный путь, носитель позаимствованных клеток словно оживляет в себе его судьбу.

Случаи перевоплощения живущего человека в умершего доказывают, согласно этой гипотезе, большую живучесть генетического материала.

Это принципиально меняет взгляд на само понятие «смерть». Получается, мы не вправе считать смертью ни остановку дыхания, ни прекращение сердцебиения, ни гибель мозга. Пока сохраняется генетический материал человека, умерший может быть воскрешен даже из единственной клетки, например путем клонирования. При этом мы получим не двойника-биоробота, а полноценную личность умершего — ведь «молчащие гены» хранят всю информацию, наработанную индивидом за время жизни. А сохраняться отдельные клетки могут в подходящих условиях сколь угодно долго (профессор Рауль Кано из Калифорнийского политехнического университета оживил микроб, живший 30 миллионов лет назад).

Значит, хранение генетического материала всех живущих на земле людей может стать началом Общего дела, о котором мечтал гениальный философ Николай Федоров. И ничего сверхъестественного для этого не требуется. Чтобы собрать у всех жителей планеты по одному обрезку ногтя или луковичному корню волоса и хранить их в вакуумированных условиях до лучших времен массового развития технологии клонирования, затрат требуется не больше, чем на производство одной атомной бомбы.

Стоит лишь захотеть массового бессмертия и осознать его как этическую задачу. Тогда реинкарнация будет обеспечена всем: и мне, и каждому читающему эти строки.
Савелий Кашницкий
http://www.aif.ru/

[LiO]

34860
Высокотемпературный сверхпроводник BSCCO может излучать когерентные терагерцевые волны. Изображение авторов исследования.

Создан новый источник Т-лучей

Физики создали сравнительно мощный источник электромагнитных волн терагерцевого диапазона. Т-волны потенциально могут эффективно применяться в медицине для диагностики рака и других заболеваний, а также в службах безопасности для поиска спрятанных предметов, сообщает портал PhysicsWorld.

Т-волнами называют электромагнитные волны с частотой порядка 1012 герц (обычно от 300 гигагерц до трех терагерц). Это соответствует длинам волн от одного миллиметра (край высокочастотной микроволновой области) до ста микрометров (край дальней инфракрасной области). Считается, что Т-волны могут выполнять часть функций, который сейчас выполняют рентген и ультразвук, с большей эффективностью (в частности, потому что они причиняют тканям организма меньше повреждений, чем рентген).

Проблема в том, что Т-волны достаточной мощности довольно сложно получить. Частота волн слишком высока, чтобы их могли излучать полупроводниковые устройства, но слишком низка для твердотельных лазеров.

Для получения Т-волн можно использовать так называемые джозефсоновские переходы: устройства, состоящие из двух сверхпроводников, разделенных тонким слоем изолятора, которые применяются в квантовых технологиях. При подаче на переход постоянного напряжения он начинает излучать фотоны с частотой, соответствующей энергетической щели сверхпроводника. Можно добиться того, чтобы переход излучал и Т-волны, но мощность устройства будет слишком низкой.

Коллектив американских, турецких и японских ученых под руководством Ульриха Велпа (Ulrich Welp) из Аргоннской национальной лаборатории США решил проблему использованием высокотемпературных сверхпроводников, состоящих из множества джозефсоновских переходов, которые излучают синфазные волны.

Группа Велпа работала с высокотемпературным сверхпроводником Bi2Sr2CaCu2O8, также называемым BSCCO (высокотемпературный не следует понимать буквально - свойства сверхпроводимости у BSCCO появляются при температуре около -173 по Цельсию). Сама структура BSCCO устроена так, что он состоит из множества джозефсоновских переходов: слоев сверхпроводника CuO2, разделенных изоляторами BiO и SrO. Энергетическая щель сверхпроводника такова, что переходы способны излучать Т-волны.

Для того чтобы переходы излучали синфазно, исследователи варьируют напряжение, подаваемое на фрагмент BSCCO, до тех пор, пока частота излучения не совпадет с резонансной частотой фрагмента. После этого все переходы постепенно начнут излучать именно на этой частоте.

Группа Велпа использовала фрагмент BSCCO высотой около 300 нанометров, который содержал около 200 тысяч джозефсоновских переходников и мог генерировать волны частотой до 0,85 терагерц, при этом мощность устройства составляла 0,5 микроватт. В ближайшем будущем ученые надеются довести мощность до одного милливатта, что уже достаточно, например, для поиска следов взрывчатки.
http://www.lenta.ru/news/2007/11/26/tera/

[Agent 007]

Потеря памяти не ведет к утрате «теории разума»

Считалось, что способность понимать и предвидеть ход мыслей, эмоции и поступки других людей («теория разума») основана на памяти о событиях личной жизни, которые человек может переносить на других, представляя себя на их месте. Однако исследование двух пациентов, утративших «эпизодическую» память в результате травмы, опровергло эти представления. Несмотря на полную неспособность вспомнить какие-либо события собственной жизни, эти пациенты справились со всеми тестами на «теорию разума» ничуть не хуже здоровых людей.

«Теория разума» считается одной из основных отличительных черт человеческого мышления. Хотя зачатки этой способности есть и у животных — обезьян, слонов, дельфинов, врановых птиц и др. — человек заметно превосходит их по точности и глубине понимания чужих мыслей, эмоций, поступков и мотивов.

Теория разума тесно связана с самосознанием, в ее основе лежит суждение о других «по себе». Поэтому психологи считали само собой разумеющимся, что для понимания чужих мыслей абсолютно необходима так называемая эпизодическая память, то есть память о собственных мыслях и переживаниях в разных ситуациях и вообще о событиях личной жизни.

Несколько слов о классификациях типов памяти. Подобные классификации уже перешли из области гуманитарных наук в сферу наук естественных, поскольку сегодня они основываются на вполне материальных различиях нейробиологических механизмов формирования и хранения соответствующих воспоминаний, а не только на их содержании. Память бывает декларативная (сознательная, эксплицитная — память о фактах и событиях) и процедурная (бессознательная, имплицитная — например, память о двигательных навыках).

Декларативная память, в свою очередь, делится на семантическую и эпизодическую. Семантическая память — это абстрактные, безличностные знания об объектах, событиях, фактах и связях между ними, никак не связанные с личным опытом. Эпизодическая память, напротив, хранит информацию о событиях личной жизни, о собственных переживаниях, мыслях и т. д.

Так вот, считалось, что именно эпизодическая память теснее всего связана с «теорией разума», что без личных воспоминаний невозможно понять мысли и мотивацию поступков других людей.

Для проверки подобных идей огромную ценность представляют люди, которые в результате травмы или болезни утратили выборочно те или иные психические функции. Например, изучение пациента H.M. (HM patient), полностью потерявшего способность к формированию декларативных (но не процедурных) воспоминаний, обеспечило прорыв в понимании механизмов памяти.

И вот теперь в руки канадских психологов попали сразу два уникальных пациента, у которых в результате черепно-мозговой травмы произошли психические изменения еще более редкого и избирательного свойства. Оба мужчины (K.C. и M.L.) стали объектами пристального внимания ученых из-за дорожной аварии (один был мотоциклистом, другой велосипедистом). У обоих от сильного удара головой полностью отшибло эпизодическую память. При этом большинство других психических функций осталось в пределах нормы. Пациенты сохранили нормальный уровень интеллекта (IQ = 102 и 108). При них остались все те знания, которые они успели получить до травмы (то есть семантическая память не пострадала). Правда, способность приобретать новые знания они в значительной степени утратили из-за повреждений гиппокампа и других отделов мозга. Но все личные воспоминания стерлись напрочь. Пациенты не могут вспомнить ни одного эпизода из своей жизни — ни до травмы, ни после.

Исследователи, наблюдавшие пациентов, были удивлены тем обстоятельством, что в общении эти люди казались совершенно нормальными, вплоть до того, что у K.C. даже сохранилось тонкое чувство юмора. А ведь без теории разума, то есть без понимания мыслей и чувств других людей, нормальное общение и юмор едва ли возможны. Это и навело ученых на мысль, что у них есть уникальный шанс опровергнуть гипотезу о неразрывной связи теории разума с эпизодической памятью.

Пациентам предложили пройти серию стандартных тестов, специально разработанных для выявления дефектов «теории разума». Те же задания были предложены контрольной группе из 14 здоровых людей, близких по уровню образования и социальному статусу к двум исследуемым мужчинам.

Подробное описание тестов можно найти в дополнительных материалах (http://www.sciencemag.org/cgi/data/318/5854/1257/DC1/1) к статье. В частности, там были тесты, в которых испытуемый должен был понять, что другой человек не знает чего-то, что самому испытуемому известно, или разобраться в поведении двух людей, один из которых имеет ошибочное представление о том, что думает или знает другой. В других тестах нужно было понять, не нанес ли один человек другому непреднамеренную обиду в той или иной ситуации, и объяснить, почему не следовало так поступать и что именно чувствовал обиженный. Были также тесты на способность понимать чужие эмоции по выражению лица и ряд других заданий. Подобные тесты применяют при диагностике различных форм аутизма (люди, страдающие аутизмом, имеют ослабленную «теорию разума» и обычно не справляются с такими заданиями).

Оба пациента справились со всеми тестами ничуть не хуже здоровых людей. Авторы сделали из этого справедливый вывод, что эпизодическая память не является обязательным условием наличия у человека нормальной «теории разума». По-видимому, для этого вполне достаточно одной лишь абстрактной семантической памяти. Впрочем, полученный результат вовсе не доказывает, что эпизодическая память не нужна для формирования теории разума. Очевидно, что способность понимать чужие мысли и поступки сформировалась у пациентов еще до травмы, когда с эпизодической памятью у них всё было в порядке.

http://elementy.ru (http://elementy.ru/news/430637)

[LiO]

35955
Один из видов установки для определения модуля сдвига. Фото с сайта cnit.susu.ac.ru.


Сверхтекучий твердый гелий оказался сверхжестким

Исследуя твердый гелий - вещество, недавно продемонстрировавшее "сверхтекучесть", - канадские ученые обнаружили у также него аномально высокую сопротивляемость деформации сдвига при сверхнизких температурах, сообщает журнал Nature.

Твердый гелий можно получить только при температуре менее двух кельвинов и давлении выше 25 атмосфер. В 2004 году группа ученых под руководством Мозеса Чаня (Moses Chan) обнаружила, что при температуре ниже 0,2 кельвина (-272,95 по Цельсию) гелий, сохраняя свойства твердого тела, парадоксальным образом начинает демонстрировать свойства сверхтекучести: часть вещества приобретает нулевую вязкость и может течь сквозь остальную часть без трения.

Канадские физики подвергли твердый гелий другому испытанию: проверили его сопротивляемость деформации сдвига. Оказалось, что при самых низких температурах гелий становится значительно более "жестким": при температуре менее 0,25 кельвина его модуль сдвига возрастает на 20 процентов.

Чань считает, что это неожиданное изменение свойств связано со сверхтекучестью и, возможно, имеет ту же причину.

Cверхтекучее твердое тело (supersolid) иногда называют новым состоянием материи (гелий - единственный известный пример). Напрямую, однако, сверхтекучесть наблюдать невозможно - Чань основывал свои выводы на изменении физических свойств цилиндра с твердым гелием. Некоторые ученые считают, что его интерпретация наблюдаемых явлений неверна и сверхтекучих твердых тел все же не существует.
http://www.lenta.ru/news/2007/12/06/helium/

[LiO]

36884
Фискомитрелла раскрытая (Physcomitrella patens)

Геном мха оказался вдвое длиннее генома человека

Международный коллектив ученых расшифровал геном мха-фискомитреллы (Physcomitrella patens) - потомка примитивных растений, выбравшихся на сушу одними из первых. В геноме оказалось почти вдвое больше генов, чем, по оценкам, содержится в геноме человека, сообщает журнал Science.

Это первая расшифровка генома бессосудистого растения (растения, лишенного специальных тканей, по которым циркулирует жидкость, как у высших растений). Над проектом работали ученые из 44 учреждений по всему миру.

Фискомитрелла - однолетний бледно-зеленый напочвенный мох со стеблями от двух до семи миллиметров высотой. Растет отдельными побегами или образует небольшие группы. Распространен во многих регионах, в том числе и в России.

По сложности устройства мох относится к цветковым растениям примерно так же, как муха-дрозофила - традиционный объект генетических исследований - к человеку. Тем не менее, в его геноме оказалось около 36 тысяч генов (у человека, по оценкам, 20-25 тысяч) и 500 миллионов нуклеотидов (у человека - около трех миллиардов).

Мхи были одними из первых растений, колонизировавших сушу около 450 миллионов лет назад. Многие гены фискомитреллы отвечают за возможность жить на суше: восстанавливаться после иссушения, переживать длительный недостаток воды, залечивать повреждение, причиненные солнечным светом. Около 20 процентов генов оказались совершенно новыми для исследователей.

Ученые надеются, что данные о геноме мха позволят восстановить генетические характеристики его предка (общего с цветковыми растениями). Кроме того, мох - удобный объект для генетических экспериментов, особенно для исследования клеточных стенок. Гены мха сравнительно легко модифицировать, типов клеток у него немного, а жизненный цикл проходятся быстро. Возможно, исключительная приспособляемость мха пригодится при создании генно-модифицированных пищевых культур с повышенной устойчивостью.
http://www.lenta.ru/news/2007/12/14/moss/

[LiO]

37283
Лакшминараянан Махадеван.

Физики-теоретики спроектировали ковер-самолет

Французские и американские физики спроектировали "ковер-самолет": тонкий лист из легкого материала, который может лететь по воздуху в заданном направлении за счет собственных колебаний, сообщает журнал Nature.

Как пишут в своей статье в Physical Review Letters сами исследователи - Лакшминараянан Махадеван (Lakshminarayanan Mahadevan) из Гарвардского университета и его коллеги - им удалось "частично ответить на один из давних вопросов "физики мультиков" (так в Америке шутливо называют многочисленные нарушения законов физики в мультиках - прим. "Ленты.ру") - могут ли ковры летать".

Исследуя движение гибкого тонкого колеблющегося листа в жидкости, ученые пришли к выводу, что подобный "ковер" можно заставить передвигаться и в воздухе. Если ковер находится достаточно близко к горизонтальной поверхности, его колебания заставляют воздух (или жидкость) течь таким образом, что между ковром и поверхностью возникает высокое давление, которое и играет роль подъемной силы.

Ковер сможет не только подниматься, но и лететь вперед. Если колебания будут распространяться по ковру с одной стороны, это заставит его принять слегка наклонное положение и двигаться в направлении того конца, который будет выше.

Ковры, однако, столкнутся с рядом серьезных ограничений. Теоретически они могут быть сколь угодно велики, но практически для подъема ковра сколько-нибудь значительного размера потребуется исключительно сильный двигатель. Для того чтобы ковер длиной десять сантиметров и толщиной 0,1 миллиметр оставался в воздухе, ему придется вибрировать с частотой около десяти герц и амплитудой колебаний около 0,25 миллиметров (то есть волны амплитудой в два с половиной раза больше толщины ковра должны будут пробегать по нему десять раз в секунду).

Пока ковер, который имел бы практическое применение, не построен, однако есть основания полагать, что работа в этом направлении имеет смысл. Так, в сентябре другая группа гарвардских ученых создала тонкие полимерные листы, покрытые клетками из мышечной ткани крыс. Воздействуя на такие листы электрическим током, можно заставлять их периодически сокращаться и за счет этих колебаний передвигаться в жидкости.

Напомним, что Лакшминараянан Махадеван является лауреатом Антинобелевской премии за 2007 год за исследования образования складок на белье.
http://www.lenta.ru/news/2007/12/17/carpet/

[LiO]

В РАН создается отделение нанотехнологий

В Москве на Общем собрании Российской академии наук было принято решении о создании отделения нанотехнологий.

С этой целью будет преобразовано отделение информационных технологий и вычислительных систем, которое возглавляет президент Российского научного центра "Курчатовский институт" академик Евгений Велихов.

По словам президента РАН Юрия Осипова, создание нового отделения потребует расширения общего количества членов академии и избрания еще десяти академиков и двадцати членов корреспондентов академии наук. Соответствующие поправки в Устав Академии были приняты большинством голосов.

http://www.mk.ru/blogs/MK/2007/12/20/srochno/330056/

[LiO]

37573
Структура нового материала. Атомы цинка - зеленым, теллура - красным, азота - синим, углерода - серым, атомы водорода для простоты не отображены.


Создан новый полупроводник с нулевым тепловым расширением

Американские ученые создали новый полупроводник с нулевым коэффициентом теплового расширения для одного из измерений, сообщает Аргоннская национальная лаборатория США в своем пресс-релизе.

Нагревание полупроводников представляет серьезную проблему для микропроцессоров: материал расширяется, что может вызвать появление трещин, которые, в свою очередь, приводят к прерыванию тока, отделению полупроводника от подложки, разрушению микросхемы.

Материалы с нулевым коэффициентом теплового расширения - не расширяющиеся при нагревании - уже используются в оптике, тепловых двигателях, кухонном оборудовании, однако таких, которые имели бы широкое применение в электронике, пока не создано, отмечают специалисты из Аргоннской лаборатории.

Разработчики создали устойчивый кристалл, состоящий из органических и неорганических веществ. Материал состоит из чередующихся слоев теллурида цинка (ZnTe) и этилендиамина (C2N2H8). Когда один слой расширяется, другой сокращается, за счет чего и достигается общее нулевое расширение (именно нулевое, а не отрицательное - материал и не сокращается, что тоже могло бы быть вредно).

Пока нулевого коэффициента удалось добиться только для одного измерения (по двум другим размер кристалла изменяется), но исследователи считают, что тот же принцип - кристалл из чередующихся слоев, специальным образом упорядоченных на наноуровне - потенциально можно применить также и к большему числу измерений.
http://www.lenta.ru/news/2007/12/20/zte/

[LiO]

37604

Слева: наглядное представление теории для трех фундаментальных постоянных (куб Гамова-Иваненко-Ландау), справа: для двух. Изображение авторов исследования.

Физики определили число фундаментальных постоянных

Группа бразильских физиков предлагает свой ответ на вечный вопрос: сколько фундаментальных постоянных необходимо и достаточно иметь для построения адекватного описания Вселенной? Джордж Матсас и его коллеги уверены, что две, сообщает журнал Nature.

Речь идет только о постоянных, имеющих размерность (измеряемых в определенных единицах, как, например, скорость света - в метрах в секунду).

Цель исследования - представить не одно из возможных философских мнений, а объективную истину, подчеркивают авторы в препринте своей статьи, выложенном на arXiv.org. Для практических подсчетов или конкретных теорий можно использовать столько постоянных, сколько удобно, но все их (и, следовательно, все измеряемые величины) можно выразить через некоторое количество фундаментальных постоянных. Например, в современной физике используется постоянная Больцмана, без которой при желании можно обойтись, переопределив понятие температуры - это, однако, сопряжено с некоторыми неудобствами. Таким образом, подлинно фундаментальной она не является.

Единого мнения о том, сколько нужно этих постоянных, не существует. Макс Планк предполагал, что их четыре, впоследствии распространилось мнение, что три: скорость света, гравитационная постоянная (коэффициент гравитационного взаимодействия) и постоянная Планка (связывает энергию электромагнитного излучения с его частотой). Некоторые ученые считают, что можно обойтись вообще без размерных постоянных, все выразив через безразмерные.

Исходя из предпосылки, что непосредственно измерять мы можем только две величины - протяженности временных и пространственных интервалов – Матсас доказывает, что необходимо только две постоянных. Это могут быть любые две из трех перечисленных выше: через них можно выразить любую другую постоянную или физическую величину.
http://www.lenta.ru/news/2007/12/21/constants/

[Fit]

Опубликован список ТОП-10 научных открытий 2007 г.
Журнал Science опубликовал список 10 самых значимых, по мнению редакции, научных открытий, совершенных в мире в 2007 г.
37913
Список выглядит следующим образом:

1. Исследование вариаций человеческого генома.

Участники проекта HapMap создали карту ДНК, на которой отмечены локации однонуклеотидных полиморфизмов – вариаций ДНК, отличающихся у разных людей на 1 нуклеотид. К концу 2007 г. ученые обнаружили уже более 3 млн таких вариаций в человеческом геноме. По мнению исследователей, это позволит определить гены, ответственные за развитие многих болезней.

2. Преобразование клеток кожи в полипотентные клетки.

Японской исследовательской группе удалось преобразовать клетки кожи путем внедрения в них 4 генов. Данная технология позволит регенерировать утраченные ткани без использования человеческих стволовых клеток, операции с которыми вызывают этические проблемы, так как связаны с гибелью человеческих зародышей.

3. Новая гипотеза об источниках космического излучения сверхвысоких энергий.

Группа ученых из аргентинской обсерватории Пьера Оже (Pierre Auger) высказала предположение о том, что источниками космического излучения сверхвысоких энергий являются активные ядра галактик.

4. Исследования бета-2-адренергического рецептора человека.

Данный рецептор является белком клеточной мембраны, играющим важную роль в регуляции работы сердца и легких. Бета-2-адренергический рецептор принадлежит к классу G-белоксопряженных рецепторов, отвечающих за развитие множества заболеваний, а также восприятие неклеточных стимулов – цвета, звука и т.д.

5. Открытие новых свойств оксидов переходных металлов.

Британские исследователи создали модель, описывающую свойства металлических оксидов с высокой диэлектрической постоянной, которые могут использоваться вместо оксида кремния в качестве затворного диэлектрика транзисторов.

6. Наблюдение квантового эффекта Холла при комнатной температуре.

Физикам из США и Нидерландов удалось зафиксировать квантовый эффект Холла при комнатной температуре, поместив графен в сильное магнитное поле. Полученный результат может привести к упрощению процедуры калибровки сопротивлений.

7. Ассиметричное деление лимфоцитов.

Группа американских ученых показала, что Т-лимфоциты млекопитающих могут под воздействием патогена делиться несимметрично, в результате чего возникают две разные клетки – эффекторная и клетка памяти.

8. Достижения в области контроля над химическими реакциями.

Химики в текущем году активно разрабатывали технологии контроля над химическими реакциями, не связанные с использованием дорогостоящих очистки и разделения.

9. Нахождение связи между памятью и воображением.

Британские нейрофизиологи обнаружили, что пациенты, страдающие амнезией из-за повреждений гиппокампа, испытывают трудности и с воображением.

10. Создание непобедимой программы для игры в шашки.

Канадские ученые усовершенствовали компьютерную программу для игры в шашки Chinook так, что теперь она может просчитывать все возможные комбинации.




cnews.ru

[Alfard]

391713916939170

Науке до сих пор неизвестен механизм образования гигантских волн

За тысячи лет мореплавания люди научились бороться с опасностями водной стихии. Лоции указывают безопасный путь, синоптики предупреждают о штормах, спутники наблюдают за айсбергами и другими опасными объектами. Однако до сих пор непонятно, как уберечься от тридцатиметровой волны, которая неожиданно возникает без видимых причин. Еще пятнадцать лет назад загадочные волны-убийцы считались выдумкой.

Кто такие волны-убийцы

Волны-убийцы - внезапно возникающие на морской поверхности неожиданно высокие волны. За счет удивительности и опасности этого явления, а также очень короткой научной традиции его исследования названий у него множество: аномально высокие волны, экстремальные волны, волны-шатуны, блуждающие волны, волны-монстры (в англоязычной литературе - rogue waves, abnormal waves, exceptional waves, giant waves, steep wave events).

Строгое определение гласит, что волнами-убийцами считаются волны, высота которых более чем в два раза превышает значимую высоту волн. Значимая высота волн рассчитывается для заданного периода в заданном регионе. Для этого отбирается треть всех зафиксированных волн, имеющих наибольшую высоту, и находится их средняя высота.

Волны-убийцы не следует путать с цунами: цунами возникают в результате сейсмических явлений и набирают большую высоту лишь вблизи от берега, тогда как волны-убийцы могут появляться без известных причин, практически на любом участке моря, при слабом ветре и относительно небольшом волнении. Цунами опасны для береговых сооружений и судов, стоящих близко к берегу, в то время как волна-убийца может погубить любое судно или морское сооружение, которое ей подвернется.

Волны-убийцы долгое время считались морским мифом: современные теории волнообразования (которые, в общем, работают довольно успешно) предсказывают, что вероятность появления таких волн ничтожно мала. Чем больше волна, тем реже она появляется (если только ее не вызывает какая-то геофизическая катастрофа) - даже при сильном ветре и большом волнении волны-убийцы должны были бы появляться настолько редко, что люди с ними, скорее всего, на просторах Мирового океана никогда бы не сталкивались.

Тем более невозможно было поверить в мистические волны, возникающие ниоткуда. Отдельные свидетельства очевидцев, даже подтвержденные фотографиями, объяснялись эффектом "у страха глаза велики". Действительно, на глаз трудно оценить высоту огромной волны, особенно находясь на атакованном ей корабле. Однако когда гигантские валы были многократно зарегистрированы приборами, наука окончательно признала их существование.

История исследования

Первым надежным инструментальным свидетельством появления волны-убийцы считаются показания приборов на нефтяной платформе "Дропнер", расположенной в Северном море. Первого января 1995 года при значимой высоте волн 12 метров (что немало, но вполне обычно) вдруг возникла 26-метровая волна, обрушившаяся на платформу. Характер повреждений оборудования соответствовал указанной высоте волны.

Когда волны-убийцы получили официальное признание, ими занялись всерьез. В частности, были переоценены многие морские катастрофы. Свидетельства о волнах-убийцах, ранее не вызывавшие доверия, стали восприниматься гораздо серьезнее. Некоторые ученые предполагают, что за период с 1968 по 1994 год волны-убийцы погубили 22 супертанкера (а погубить супертанкер очень непросто). Эксперты, однако, расходятся в оценках причин многих кораблекрушений: неизвестно, участвовали ли в них волны-убийцы.

Тем не менее некоторые случаи общепризнаны. Так, в 1974 году у побережья Южной Африки волна-убийца сильно повредила норвежский танкер "Уильстар". В 1975 году в Верхнем озере (обратите внимание - на Великих озерах, не в открытом море!) по судну "Андерсон" ударили две волны-убийцы. Обошлось без серьезных повреждений, но впоследствии оказалось, что в это же время неподалеку затонуло, не успев даже подать сигнал бедствия, грузовое судно "Эдмунд Фицджеральд". Все члены экипажа погибли, поэтому точная причина катастрофы неизвестна, но есть основания считать, что волны-убийцы внесли свой вклад в крушение судна (или даже являлись единственной причиной).
В 1980 году с волной-убийцей столкнулся российский танкер "Таганрогский залив". Интересно, что в этом случае, судя по описанию, волна пришлась ровно на корабль (вообще говоря, ширина гигантских волн может достигать нескольких сот метров).

В 2001 году на юге Атлантического океана суда "Бремен" и "Каледониан стар" были атакованы несколькими тридцатиметровыми волнами, которые повредили капитанские мостики и уничтожили навигационное оборудование. В 2005 году пассажирское судно "Норвиджиан Дон" около побережья Северной Америки столкнулось (http://www.ntsb.gov/publictn/2005/MAB0503.htm) с тремя волнами-убийцами, которые серьезно повредили даже верхние палубы.

В 2000 году Европейское космическое агентство (ESA) запустило проект исследования волн-убийц MaxWave. Спутниковые наблюдения обнаружили, что волны-убийцы возникают в океане чуть ли не раз в два дня (http://lenta.ru/science/2004/07/25/waves/).

Анализ данных радаров нефтяной платформы Гома в Северном море показал, что за 12 лет в доступном поле обозрения было зафиксировано 466 волн-убийц. Теоретические расчеты показывали, что в этом регионе появление волны-убийцы могло бы происходить примерно раз в десять тысяч лет.

Что может волна-убийца

Обычно волна-убийца описывается как быстро приближающаяся водяная стена огромной высоты. Перед ней движется впадина глубиной несколько метров - "дыра в море". Высота волны обычно указывается именно как расстояние от высшей точки гребня до низшей точки впадины. По внешнему виду "волны-убийцы" делятся на три основных типа: "белая стена", "три сестры" (группа из трех волн), одиночная волна ("одиночная башня").


Чтобы оценить, что они могут, достаточно взглянуть на фотографию "Уильстара" выше. Поверхность, на которую обрушивается такая волна, может испытывать давление до ста тонн на квадратный метр (около 980 килопаскалей). Типичная двенадцатиметровая волна угрожает лишь шестью тоннами на квадратный метр. Большинство современных судов может выдержать до 15 тонн на квадратный метр.

По наблюдениям Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), волны-убийцы бывают рассеивающиеся и нерассеивающиеся. Нерассеивающиеся могут проделать по морю довольно долгий путь: от шести до десяти миль. Если судно замечает волну издали, можно успеть принять какие-то меры. Рассеивающиеся же появляются буквально ниоткуда (видимо, такая волна атаковала "Таганрогский залив"), обрушиваются и исчезают.

По мнению некоторых экспертов, волны-убийцы опасны даже для низко летающих над морем вертолетов: в первую очередь, спасательных. Несмотря на кажущуюся маловероятность такого события, авторы гипотезы считают, что ее нельзя исключать и что как минимум два случая гибели спасательных вертолетов похожи на результат удара гигантской волны.

Откуда берутся волны-убийцы

Удовлетворительного ответа на этот вопрос не существует. Реальная частота их появления очевидным образом расходится с предсказанной теоретически. Было предложено несколько теорий специально для объяснения этого феномена, некоторые из них были удачны в отдельных аспектах, но ни одна пока не получила полного признания.


Ученые пытаются выяснить, как энергия в океане перераспределяется таким образом, что образование волн-убийц становится возможным. Поведение нелинейных систем, подобных морской поверхности, описать крайне сложно. Некоторые теории используют для описания возникновения волн нелинейное уравнение Шредингера. Некоторые пытаются применить существующие описания солитонов - одиночных волн необычной природы. В ходе последнего исследования на эту тему ученым удалось воспроизвести очень похожее явление в электромагнитных волнах (http://lenta.ru/news/2007/12/13/wave/), однако к практическим результатам это пока не привело.

Некоторые эмпирические данные о том, в каких условиях возникновение волн-убийц более вероятно, все же известны. Так, если ветер гонит волны против сильного течения, то это может привести к появлению высоких крутых волн. Этим печально известно, например, течение Игольного мыса (в котором пострадал "Уильстар"). Другими зонами повышенной опасности являются течение Куросио, Гольфстрим, Северное море и прилегающие районы.

Эксперты называют следующие предпосылки для возникновения волны-убийцы: 1) область пониженного давления; 2) ветер, дующий в одном направлении более 12 часов подряд; 3) волны, движущиеся с той же скоростью, что и область пониженного давления; 4) волны, движущиеся против сильного течения; 5) быстрые волны, догоняющие более медленные волны и сливающиеся с ними вместе.

Вздорный характер волн-убийц, однако, проявляется в том, что они могут возникать и тогда, когда перечисленные условия не выполняются. В этой непредсказуемости и заключается основная загадка для ученых и опасность для моряков.

Александр Бердичевский

Источник: http://www.lenta.ru/articles/2007/12/14/waves/

[Agent 007]

Биосфера уже не справляется с избытком СО2

Экосистемы поглощают всё меньшую долю от того огромного количества углекислого газа, которое ежегодно попадает в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива, производства цемента и выжигания растительности. Если до недавнего времени по мере увеличения выбросов СО2 в атмосферу пропорционально возрастало и связывание его растениями в ходе фотосинтеза (в меньшей степени — также фитопланктоном океана), то теперь биосфера за человеком уже не успевает. К такому тревожному выводу пришла группа ученых из разных стран на основании исследования сезонных колебаний концентрации СО2 в различных точках Северного полушария. В статье, опубликованной в последнем номере журнала Nature, сообщается, что усиление связывания СО2 растительностью весной (которая становится теплее и наступает всё раньше) фактически сводится на нет резким усилением выделения СО2 экосистемами в осенний период (который всё чаще становится аномально теплым). Осеннее выделение СО2 есть результат резкого усиления процесса дыхания всех организмов (в том числе растений, но главным образом бактерий и грибов) в ответ на повышение температуры.

Содержание в атмосфере углекислого газа растет чрезвычайно быстро, что не может не вызывать всеобщей озабоченности, поскольку при этом усиливается парниковый эффект (удержание тепла у поверхности Земли) и развивается глобальное потепление. Если в середине XVIII века, до начала промышленной революции, содержание СО2 в атмосфере было около 280 ppm (parts per million, частей на миллион), или 0,028%, то сейчас концентрация его достигла 381 ppm. Меняется и скорость ежегодного прироста: в 1990-е годы она составляла 1,3% от текущей величины, а в период с 2000-го по 2006 год — уже 3,3%. Таких высоких абсолютных значений концентрации СО2 и темпов ее прироста не наблюдалось еще ни разу по крайней мере за последние 650 тыс. лет (срок, для которого имеются надежные данные на основании анализа газового состава пузырьков воздуха, запечатанных во льду Антарктиды).

Содержание углекислого газа в атмосфере на самом деле могло бы расти еще быстрее. Однако, к счастью для нас, примерно половина того количества СО2, которое попадает в атмосферу при сжигании ископаемого топлива, связывается в результате фотосинтеза наземной растительности, а в меньшем объеме — и океанического фитопланктона. Изучающие глобальный цикл углерода всё чаще обращают внимание на одно обстоятельство: хотя по мере увеличения выбросов СО2 в результате сжигания ископаемого топлива растет и концентрация СО2 в атмосфере, соотношение приростов этих двух величин (то есть поступления СО2 и наблюдаемой его концентрации) не меняется. Иными словами, биосфера (а более точно — совокупность фотосинтезирующих организмов) поглощает всё большее абсолютное количество углерода.

Но каковы возможности экосистем по связыванию углекислого газа? Очевидно, поглощать дополнительное количество СО2 экосистемы будут только до тех пор, пока будет увеличиваться масса растительности и/или масса органического вещества, надолго выводимая из круговорота, например попадающая в почву, в болота или в донные отложения озер. Рано или поздно предел связывания СО2 экосистемами будет достигнут, и тогда скорость прироста содержания СО2 в атмосфере сразу возрастет по меньшей мере в два раза. Это произойдет даже в том случае, если выбросы останутся на прежнем уровне (что само по себе маловероятно). То, что «углеродная емкость» океана уже достигла предела и связывание океаном дополнительного количества СО2 сокращается, доказано недавно прямыми наблюдениями.

И вот в только что вышедшем номере журнала Nature (от 3 января 2008 года) опубликована статья, в которой сообщается о тревожных признаках сокращения возможностей поглощения СО2 также и наземными экосистемами. Авторы статьи из Лаборатории изучения климата и окружающей среды (Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement, Жиф-сюр-Ивет, Франция) и других учреждений Франции, а также Бельгии, Канады, Китая, США, Швеции и Финляндии (всего 16 человек) сосредоточили свое внимание на соотношении многолетнего тренда увеличения СО2 в атмосфере и регулярных сезонных колебаний концентрации СО2, происходящих на фоне этого тренда.

Как эти две динамики (многолетняя и сезонная) соотносятся, можно пояснить на примере самого длинного (почти за полвека) ряда данных, полученных обсерваторией Мауна-Лоа на острове Гавайи. График, суммирующий результаты измерений, показывает как непрерывный рост, так и небольшие, но регулярные сезонные колебания концентрации СО2: максимум приходится на апрель–май, а минимум — на сентябрь–октябрь. Возникают эти колебания из-за того, что процесс потребления углекислого газа, а именно фотосинтез растений, происходит только в теплый период с конца весны и до окончания лета (в северном полушарии это май–август). Осенью, зимой и в начале весны фотосинтез невозможен (по крайней мере в умеренных и северных широтах, где устанавливаются отрицательные температуры).

Но параллельно в любой экосистеме протекает процесс, обратный фотосинтезу, — дыхание (разложение органического вещества с потреблением кислорода и выделением СО2). Хотя дышат все организмы, поступление в атмосферу основной массы углекислого газа почти целиком определяется дыханием бактерий и грибов. Дыхание происходит в течение более длительного периода, чем фотосинтез. Летом, когда тепло, интенсивность его особенно велика, но на это же время приходится пик фотосинтеза, и в результате связывается СО2 гораздо больше, чем выделяется. Но как только фотосинтез ослабляется, соотношение потребления и выделения СО2 сдвигается в сторону выделения и концентрация СО2 в воздухе растет.

Авторы обсуждаемой работы на примере нескольких непрерывных (продолжающихся по меньшей мере 15 лет) рядов наблюдений за изменениями содержания СО2 в разных точках Северного полушария проследили, как меняется во времени положение тех точек на графике, где линия сезонных колебаний пересекает линию основного тренда. Таких точек за год две. «Весеннее пересечение» соответствует моменту, когда кривая содержания СО2 идет вниз: в результате интенсивного фотосинтеза процессы связывания этого газа начинают преобладать над выделением. «Осеннее пересечение» соответствует моменту, когда кривая идет вверх, и выделение СО2 в результате дыхания начинает преобладать над связыванием его в ходе фотосинтеза.

До самого последнего времени предполагалось, что отмечавшееся увеличение потребления СО2 растительностью происходит прежде всего за счет удлинения вегетационного сезона — периода активного роста растений. И действительно, весна фенологически, например по срокам распускания листьев, наступает всё раньше и раньше (в Западной Европе по сравнению 1960-ми годами в среднем уже на 12 дней раньше), а осень всё чаще бывает аномально теплой. По идее, подобные климатические изменения и следующие за ними изменения фенологические должны сказаться и на характере сезонной динамики содержания СО2. «Весеннее пересечение» должно наступать всё раньше, а «осеннее» всё позже.

Но проверка этой гипотезы на реальных данных выявила неожиданную тенденцию: если «весеннее пересечение» действительно стало наблюдаться раньше, то «осеннее пересечение» тоже сдвинулось на более ранние сроки (а не поздние, как ожидалось). Произошло это потому, что благодаря высоким температурам осенью очень резко возросла интенсивность дыхания экосистем (хотя фотосинтез тоже продолжался, и даже активнее, чем в предыдущие годы). В результате существенно усилилось выделение СО2 в осенний период. Более того, это усиление почти полностью (на 90%) компенсировало то увеличение связывания СО2, которое произошло за счет более теплой и ранней весны.

Авторы статьи подчеркивают, что если обнаруженные тенденции в изменении сезонной динамики СО2 сохранятся (а, по-видимому, так и будет), то поглощение северными экосистемами углерода может заметно сократиться уже в самое ближайшее время. Уповать на то, что бореальные леса (значительная часть которых находится в России) будут в случае потепления связывать всё большее количество углекислого газа и тем самым противостоять усилению парникового эффекта (и, соответственно, самому потеплению), увы, не приходится.

http://elementy.ru (http://elementy.ru/news/430657)

[LiO]

Убитое сердце крысы оживили в лаборатории

Как сообщает BBC News, американские исследователи из университета Миннесоты (University of Minnesota) смогли заставить биться сердце крысы после того, как из него сначала удалили все сокращающиеся мышечные клетки, а потом пересадили новые.

Эксперимент проводился на сердце взрослой крысы, в котором с помощью химических веществ вытравили всю сердечную ткань, способную к сокращениям. В результате остался только каркас из других тканей, приблизительно сохраняющих форму сердца.

На этот каркас были нанесены клетки сердечной мышцы, взятой у новорожденной крысы. Оказалось, что за четыре дня пересаженные клетки размножились и распространились в поврежденном сердце, а к восьмому дню оно начало сокращаться и перекачивать кровь. Правда, такое сердце работало всего на 2% от мощности нормального крысиного сердца.

Тем не менее, по словам ученых, не связанных с исследованием, новая работа может стать «потенциальным прорывом», позволяющим выращивать необходимые органы для человека. Например, станет возможным взять сердца свиней, которые похожи по размерам на человеческие, убрать свиную мышечную ткань и нарастить человеческую.

Правда, по словам исследователей, на человеке подобные результаты не следует ожидать в ближайшем десятилетии. Сначала необходимо научиться добывать стволовые клетки самого пациента, чтобы новое сердце не было отторгнуто иммунной системой.

Результаты исследований опубликованы в журнале Nature Medicine.
http://www.polit.ru/science/2008/01/14/rat_heart.popup.html

[LiO]

40454
Рашид Сюняев. Фото с сайта

Престижная премия по астрономии присуждена двум русским ученым и одному американскому

Шведская Королевская академия наук объявила лауреатов премии Крафурда 2008 года. Лауреатами в области астрономии и математики стали Максим Концевич, Рашид Сюняев и Эдвард Виттен, сообщает академия в своем пресс-релизе.

Премия была учреждена в 1980 году изобретателем искусственной почки Хольгером Крафурдом (Holger Crafoord) и его женой Анной-Гретой (Anna-Greta). Премия вручается ежегодно в одной из номинаций: достижения в астрономии и математике, науках о Земле, науках о живом и изучении заболевания полиартрит. В этом году была очередь номинации астрономии и математики.

Половину премии (250 тысяч долларов) получат американец Эдвард Виттен и работающий во Франции россиянин Максим Концевич за "важный вклад в математику, на который исследователей вдохновила теоретическая физика".

Вторую половину получит россиянин Рашид Сюняев, работающий в России и Германии, "за важнейший вклад в астрофизику высоких энергий и космологию". Особенно подчеркивается значение работ Сюняева по исследованиями черных дыр и нейтронных звезд, а также космического фонового излучения.

Награждение состоится 23 апреля в Королевской академии наук в Стокгольме в присутствии короля Швеции Карла XVI Густава.
http://www.lenta.ru/news/2008/01/17/crafoord/

[LiO]

РАН отмечает 100-летие легендарного физика

В этот день исполняется ровно 100 лет со дня рождения Льва Ландау. Несколько поколений ученых выросло на его многотомном «Курсе теоретической физики». К 19 годам он уже опубликовал четыре работы. Ландау, по словам коллег, всегда безошибочно решал сложнейшие задачи и отличался широтой научных интересов.

Борис Иоффе, член-корреспондент Российской академии наук: «Лев прекрасно знал и любил историю, в этом мы с ним были похожи. Более того, Ландау прекрасно знал химию. В молодости он даже подумывал стать химиком. Должен заметить, что химию мало кто из физиков знает».

Во время сталинских репрессий Ландау арестовали, почти год он провел в тюрьме. Выйти на свободу помогло вмешательство академика Петра Капицы.

Сергей Капица, академик Российской академии естественных наук, телеведущий: «Отец писал очень решительные письма Сталину и Молотову. Он добился освобождения Ландау. Но обвинений в шпионаже с ученого так и не сняли».

После освобождения Ландау привлекли к созданию ядерного оружия. Под его руководством были разработаны принципиально новые методы расчета.

Но сразу после смерти Сталина ученый отказался заниматься атомным проектом. В 1962 году Льву Ландау присвоили Нобелевскую премию за исследование свойств жидкого гелия, передает НТВ.
http://news.ntv.ru/124860/

[LiO]

41081

Жорес Алферов. Фото с сайта журнала Scientific American

Жорес Алферов возглавил секцию нанотехнологий в РАН

Депутат Госдумы от КПРФ, вице-президент Российской академии наук Жорес Алферов возглавил секцию нанотехнологий в отделении нанотехнологий и информационных технологий РАН, сообщает в понедельник РИА Новости со ссылкой на самого Алферова.

Накануне правительство РФ утвердило поправку к уставу РАН, согласно которой отделение информационных технологий и вычислительных систем преобразовано в отделение нано- и IT-технологий. Об этом стало известно ранее в понедельник. Руководить этим отделением продолжит президент Курчатовского института, секретарь Общественной палаты Евгений Велихов.

В настоящее время Алферов возглавляет комиссию РАН по нанотехнологиям, является председателем Санкт-Петербургского научного центра академии. Он также входит в состав комитета нижней палаты парламента по науке и наукоемким технологиям.
http://www.lenta.ru/news/2008/01/21/nano/

[LiO]

43127
Схема РКТИ. Буквой p отмечены устройства,
измеряющие параметры пучка (пикапы),
k - корректирующие их (кикеры).

Физики обогнали сигналом движущийся
со скоростью света пучок частиц


Сотрудники Релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC, Relativistic Heavy Ion Collider) разработали метод, который позволяет корректирующему сигналу обогнать пучок частиц, мчащийся практически со скоростью света, сообщает Брукхевенская национальная лаборатория США.

РКТИ - один из самых мощных современных коллайдеров - предназначен для моделирования первых секунд существования Вселенной. Сталкивая мчащиеся с огромными скоростями частицы, физики частично воспроизводят процессы, происходившие непосредственно после Большого взрыва. Ученые надеются, что подобные исследования помогут решить фундаментальные теоретические проблемы современной физики.

В одном из экспериментов РКТИ по двум отдельным огромным кольцам длиной около четырех километров в противоположных направлениях мчатся два пучка ионов - ядер атомов золота. Скорость движения пучков составляет до 99,995 процента от скорости света. Пучки состоят из отдельных групп - сгустков, состоящих из миллиардов ионов каждый. Цель эксперимента - столкновение пучков (кольца имеют шесть специальных пересечений), приводящее к возникновению крошечного кусочка раскаленной плотной материи, воспроизводящей условия ранней Вселенной.

В ходе движения ионы в пучке постепенно нагреваются, расстояние между ними увеличивается, и сгустки становятся менее плотными. В этом случае уменьшается количество сталкивающихся частиц, а с ним - объем полезной информации. Для борьбы с этим используется так называемое стохастическое охлаждение, которое, однако, никогда еще не применялось в ускорителях, где частицы движутся сгустками (как в РКТИ), а не непрерывным потоком.

Идея стохастического охлаждения проста: специальное устройство (пикап) измеряет, насколько положение частиц в пучке отличается от идеального, и передает информацию об этом корректирующему устройству (кикеру), находящемуся впереди по курсу движения пучка. Кикер при необходимости воздействует на пучок электрическим полем, получая более плотные и холодные сгустки частиц. В случае РКТИ проблема в том, что сигнал от пикапа к кикеру должен обогнать пучок, движущийся почти на предельной скорости.

В РКТИ для этого используется две хитрости. В одном случае микроволновой сигнал отправляется более коротким путем по хорде - отрезку, соединяющему две точки окружности. Пучок движется по более длинному пути, поэтому сигнал обгоняет его. В другом случае сигнал передается по оптоволокну в другую сторону - навстречу пучку, чтобы кикер охладил его на следующем круге.

В РКТИ пока что протестировано только продольное стохастическое охлаждение - сжатие сгустка вдоль направления его движения (длинный сгусток становится короче) - в одном из колец. Количество столкновений ионов уже увеличилось на 20 процентов. Расчеты позволяют надеяться, что введение продольного и поперечного (при котором "толстый" сгусток становится тоньше) охлаждения в обоих кольцах увеличит количество столкновений на 500 процентов.

Полностью систему стохастического охлаждения физики планируют ввести в строй к 2011 году. Обойдется примерно в семь миллионов долларов. Альтернативная система - электронное охлаждение - обошлась бы в 95 миллионов долларов.
http://www.lenta.ru/news/2008/02/06/rhic/

[LiO]

43308
Круглый червь C. elegans. Фото с сайта space.gc.ca

Генетикам удалось увеличить продолжительность
жизни червя в десять раз


Группа ученых из университета Арканзаса показала, что мутация в гене который схож с геном человека, участвующим в образовании инсулина и инсулиноподобного фактора роста (IGF-1), увеличивает жизненный цикл нематоды. Ученым удалось продлить жизнь червя до десяти раз. Работа опубликована в журнале Aging Cell .

Нематода, она же C. elegans, - круглый червь длиной около одного миллиметра. Это одно из самых распространенных лабораторных животных, благодаря которому было сделано множество открытий. Закономерности, установленные для C. elegans, часто работают и в более высокоразвитых организмах.

Ученые под руководством Роберта Шмуклера Райса показали, что черви, несущие мутацию в гене, кодирующем один из важных компонентов сигнального пути, в котором у человека з
адействованы инсулин и инсулиноподобный фактор роста, живут существенно дольше своих "нормальных" сородичей. Кроме того, они более устойчивы к некоторым внешним воздействиям, например, к окислительному стрессу. Правда, мутанты более чувствительны к высоким температурам.

Средняя продолжительность жизни нематоды составляет две-три недели. Мутантные черви оставались живыми в течение шести месяцев, а некоторые доживали до девяти месяцев. Они развивались чуть медленнее, чем черви, не несущие мутации, но в течение всей жизни их подвижность и пищевые пристрастия сохранялись на нормальном уровне.

В последние 15 лет ученые нашли более 80 мутаций, которые увеличивали продолжительность жизни C. elegans. Однако до сих пор удавалось продлить жизнь червя максимум в четыре раза. Чтобы достичь такого эффекта, помимо введения мутаций необходимо было изменять рацион питания нематоды, а точнее, сокращать количество потребляемой пищи.

При попытках воспроизвести эксперименты на мышах удавалось увеличить срок их жизни в 1,7 раза. В этом случае также было необходимо сокращать мышам количество калорий.

Мутация, обнаруженная группой Райса, оказывает самый сильный эффект на увеличение продолжительности жизни и не требует изменения диеты. В дальнейшем Райс планирует повторить свой успех на мышах. Если опыт будет удачным, в перспективе можно попытаться использовать это открытие для лечения людей.

Однако Райс уточняет, что скорого увеличения продолжительности жизни человека до 800 лет ждать не стоит. "У червей короткий жизненный цикл, и их достаточно просто "заставить" жить дольше", говорит он.

Инсулин снижает количество глюкозы в крови, усиливая ее усвоение клетками, а IGF-1 стимулирует рост. Опыты показали, что нарушение работы генов, отвечающих за выработку инсулина, может привести к диабету. Вмешательство в процессы, затрагивающие синтез IGF-1, вызывает у млекопитающих изменения, схожие с теми, что группа Райса наблюдала у C. elegans. Мыши, у которых частично отсутствовали рецепторы IGF-1, живут дольше обычных и при этом остаются здоровыми. По словам Райса, у людей долгожители часто имеют те или иные дефекты, затрагивающие IGF-1.
http://www.lenta.ru/news/2008/02/07/longlife/

[Agent 007]

Экспериментальные белки помогают узнать о климате древнейших эпох

Американские ученые предложили оригинальную методику реконструкции климата Земли в древнейшие эпохи. Они просчитали наиболее вероятное строение одного из классов белков у предковых форм бактерий и синтезировали эти белки в лаборатории. Оказалось, что воскрешенные белки древних времен имеют довольно высокую температуру плавления. Известно, что температура плавления данного класса белков хорошо согласуется с оптимальной температурой роста бактерий. Таким образом, синтезированные белки показали температуру, к которой были приспособлены древние бактерии, — около 60°С. Такой она, по-видимому, была 3,5 млрд лет назад и постепенно снижалась в течение последующих 3 млрд лет.

Ученые из Фонда прикладной молекулярной эволюции и факультета биохимии и молекулярной биологии Флоридского университета (оба Гэйнсвилл, США) и Компании ДНК-2.0 (Менло-Парк, США) провели многоступенчатое исследование, в результате которого удалось реконструировать температуру земной поверхности в архейские и протерозойские времена, то есть 3,5–0,5 млрд лет назад.

Те далекие эпохи не оставили нам практически никаких свидетельств, потому ученым приходится пользоваться косвенными уликами, моделями и логически непротиворечивыми реконструкциями. Как правило, о климате таких отдаленных эпох судят по изотопному составу углерода, кислорода, кремния, серы и других элементов. Эти данные всегда допускают неоднозначное толкование. Иногда предположения о протерозойских температурах базируются на присутствии тех или иных бактерий, но эти данные еще менее надежны и всегда вызывают массу возражений. Поэтому использование методов, эксплуатирующих любые другие блоки информации, не могут не вызывать интереса у желающих понять прошлое нашей планеты.

И вот американские специалисты предложили новый путь — восстановить белки древнейших бактерий и проверить, к каким температурам эти белки лучше всего приспособлены, благо современная молекулярная биология уже способна выполнить такие удивительные маневры, как конструирование белков. Тогда диапазон температур, в которых реконструированные белки будут устойчивы, как раз и покажет температурные условия, к которым были приспособлены бактерии.

В качестве температурных белков-индикаторов решено было восстановить особые ферменты, участвующие в последовательном присоединении аминокислот на матричную РНК (мРНК) во время синтеза белковой молекулы (то есть в основной стадии трансляции — элонгации). Эти белки-удлинители называются факторами элонгации (elongation factors). Они должны всегда присутствовать в клетке в большом количестве, пока клетка жива, и всегда должны быть наилучшим образом приспособлены к окружающей среде, иначе белки в клетке будут медленно синтезироваться. Авторы статьи остановили свой выбор на одном из трех факторов элонгации, присутствующих у прокариот, — EF-Tu (elongation factor thermo-unstable).

И вот, исходя из строения этих белков-удлинителей и, соответственно, кодирующих их генов у современных бактерий разных классов — архей, протеобактерий, цианобактерий, а также хлороплаcтов и митохондрий и т. д. — были реконструированы наиболее вероятные предковые гены ферментов-удлинителей. Предковые гены должны иметь наибольшее число общих участков последовательностей нуклеотидов, чтобы из этой общей последовательности затем можно было отпочковывать так или иначе измененные участки генов. Это стандартная статистическая задача сейчас легко решается: банки данных с расшифрованными генными последовательностями, в том числе и белков-удлинителей, находятся в открытом доступе. Для реконструкций были взяты две альтернативные схемы эволюции бактерий, так что генные последовательности предковых белков получились немного разные. Затем эти гипотетические белки получили в лаборатории: собрали кодирующие их гены, внедрили их в клетки Escherichia coli, и бактерия вынужденно синтезировала необходимые ученым белки. После чего ученые уже могли спокойно изучать термостойкость этих воскрешенных белков.

Выяснилось, что чем раньше разошлись эволюционные ветви бактерий, то есть чем раньше жил общий предок бактерий, тем более термостойкий был предковый белок-удлинитель. И напротив, наиболее поздно разошедшиеся бактерии имели общего предка, у которых белки были приспособлены к относительно низким температурам. То есть белки-удлинители дают общий тренд снижения температур, к которым были приспособлены древние бактерии, — примерно от 70–62°С в раннеархейские времена (3,5 млрд лет назад) до 37–35°С в докембрийскую эпоху (550 млн лет назад).

Это означает, что на заре земной жизни бактерии жили примерно в таких же условиях, какие сейчас существуют в горячих источниках, если к этому прибавить ультрафиолет и отнять кислород. Использование альтернативных схем бактериальной эволюции, хоть и дает несколько различные предковые белки, но мало отражается на температурных свойствах этих предковых белков, а значит, почти не меняет конечный результат восстановления температуры поверхности Земли. Так, по восстановленным белкам получилось, что цианобактерии возникли в температурных условиях около 63°С, а современные цианобактериальные маты в горячих источниках приспособлены к температурам около 65°С.

Естественно, важно и то, что полученный температурный тренд совпал с теми расчетами, которые дают реконструкции температур по изотопам кислорода и кремния. Совпадение результатов, полученных различными методами и на основе различных данных, всегда обнадеживает специалистов — это, пожалуй, единственный критерий правдоподобия реконструкций. Других способов доказать реалистичность наших представлений о давно исчезнувшем прошлом пока нет. Теперь осталось придумать, как же при таких высоких температурах происходили великие оледенения. Оледенения хорошо согласуются с существованием умеренных температур на протяжении всей земной истории и служат важным аргументом для сторонников «умеренной» температурной концепции. Ясно, что представленные в публикации в Nature результаты повлекут за собой новый виток дискуссии об условиях становления жизни на Земле.

43479
В горячих источниках могут жить и цианобактерии, и пурпурные, и серные бактерии — их многообразие и создает удивительную палитру этих необычных водоемов. Возможно, именно такие горячие водоемы населяли первые жители нашей планеты. (На снимке — один из горячих источников Йеллоустонского национального парка.) Фото с сайта www.mrfs.net

http://elementy.ru/news/430674

[LiO]

43532
Последовательность "синий-красный-красный-синий-красный-
красный-синий-красный-красный" приведет
в желтую вершину из любой другой вершины.
Изображение Wikimedia Commons, созданное
пользователем Quuxplusone.


Бывший российский математик доказал
"недоступную" теорему

63-летний израильский математик Авраам Трахтман (Avraham Trahtman), эмигрировавший в начале девяностых из России, доказал теорему, которая оставалась без доказательства 38 лет, сообщает газета The Jerusalem Post.

Доказательство будет опубликовано в Israel Journal of Mathematics. В настоящее время Трахтман работает в университете Бар-Илана, занимается алгеброй, конечными автоматами, формальными языками. Несколько лет после иммиграции Трахтман, однако, не мог устроиться по специальности, подрабатывал сторожем.

Теорема о раскраске дорог (Road colouring theorem/problem) была сформулирована израильскими математиками в 1970 году.

Упрощенное наглядное представление теоремы может выглядеть следующим образом: путешественник оказывается в лабиринте, ему нужно добраться до определенного места. От каждого перекрестка можно пойти по k дорогам, причем каждая дорога окрашена в один из k возможных цветов. Голос с неба может подсказать путешественнику последовательность цветов, которая укажет ему, по каким дорогам идти, чтобы достичь цели. Но голос с неба не знает, на каком перекрестке стоит путешественник, откуда он пойдет. Для некоторых типов лабиринтов возможна такая последовательность цветов, которая приведет путешественника к цели независимо от того, на каком перекрестке он стоит. Задача состоит в том, чтобы определить, для каких типов лабиринтов это возможно.

На иллюстрации приведен пример такого лабиринта: граф из восьми вершин, из каждой выходит по два ребра (в каждую также входит по два ребра, но идти можно только по исходящим, против стрелочки двигаться нельзя). Ребра окрашены в красный и синий цвет. Если путешественнику надо прийти в желтую вершину, голос с неба должен сказать ему "синий-красный-красный-синий-красный-красный-синий-красный-красный". Где бы ни стоял путешественник, пройдя по этой последовательности, он обязательно окажется в желтой вершине. Читатель может попробовать сам найти последовательность, гарантированно выводящую на зеленую вершину.

Формально теорема, доказанная Трахтманом, звучит следующим образом: каждый конечный сильно связный граф, все длины циклов которого взаимно просты и все вершины которого имеют одинаковое число исходящих ребер, имеет синхронизирующую раскраску. Теорема может применяться в теории графов, а также в теории конечных автоматов.
http://www.lenta.ru/news/2008/02/09/road/

[LiO]

43737
"Запись", сделанная с помощью новой системы.
Интенсивность зависит от времени облучения белков


Ученые научились использовать белки
для записи информации

Ученые из института научных и промышленных исследований в Осаке разработали методику записи информации с помощью белков, содержащих флуоресцентную группу. Работа опубликована в журнале ACS' Langmuir.

В качестве носителей информации ученые использовали химически синтезированные белки, закрепленные на твердой подложке. Информацию записывали с помощью коротковолнового излучения, которое изменяет структуру белков. Стеклянную подложку с равномерно нанесенными белками облучали через трафарет. Таким образом, изменялась структура только тех белков, на которые попадало излучение. Белки, закрытые трафаретом, не изменялись.

Чтобы "прочитать" записанную информацию, ученые наносили на подложку с белками определенное вещество, которое образует прочные связи с их флуоресцентными группами. Белки, которые были закрыты трафаретом и сохранили свою флуоресцентную группу, связывали это вещество. А белки, потерявшие флуоресцентную группу под воздействием излучения, - нет.

Белки, связавшие "проявитель", можно увидеть в свете определенной длины волны. На иллюстрации вверху страницы приведена картинка из работы японских ученых. С помощью новой системы они записали и проявили аббревиатуру своего института.

Чтобы очистить носитель от информации необходимо просто облучить всю подложку коротковолновым светом, который "отсоединит" флуоресцентные группы ото всех белков. Простая химическая реакция присоединения флуоресцентных групп сделает носитель пригодным для новой записи.

Ученые определили, что полная запись информации в хорошем качестве проходит за одну минуту. Новая методика позволяет записывать информацию с высоким разрешением, благодаря малому размеру молекулы белка и практически одинаковому количеству фотонов, которые требуются для разрыва одной связи между белком и флуоресцентной группой.

Системы белков, закрепленных на твердой подложке, широко используются в молекулярной биологии и медицине. Они используются для создания биосенсоров, диагностических наборов и биочипов. Работа японских ученых показывает, что сфера использования таких систем существенно шире, и что в перспективе возможно их широкое внедрение в технологические процессы.
http://www.lenta.ru/news/2008/02/12/memory/

[LiO]

43834

Известному ученому Сергею Капице исполняется 80 лет

14 февраля выдающемуся ученому и телеведущему Сергею Капице исполняется 80 лет. Сегодня в Москве проходит чествование юбиляра. На официальной церемонии присутствуют министр образования и науки России Андрей Фурсенко, экс-президент СССР Михаил Горбачев, лауреат Нобелевской премии по физике Жорес Алферов. Прямую трансляцию праздничного мероприятия ведет телеканал "Вести".

Сергей Петрович Капица родился 14 февраля 1928 года в Кембридже. Он - сын выдающегося ученого Петра Капицы, брат известного ученого Андрея Капицы, внук академика Алексея Крылова и внучатый племянник известного французского биохимика В. Н. Анри (Крылова). Сергей Капица в 1949 году окончил Московский авиационный институт. В 1961 году стал доктором физико-математических наук. В настоящее время является главным научным сотрудником Института физических проблем имени П.Л. Капицы. Профессор Капица - автор четырех книг, десятков статей, 14 изобретений и одного открытия.

Сергей Капица является лауреатом премии Калинги, вручаемой ЮНЕСКО выдающимся популяризаторам науки, а также Государственной премии и премии РАН за популяризацию науки. Когда простых людей просят вспомнить имя известного им ученого, многие называют Сергея Петровича Капицу. Само имя ведущего передачи "Очевидное - невероятное" ассоциируется с наукой. Он обладает уникальным талантом превращать рассказ о сложнейшем мире современной науки в увлекательное путешествие, которое длится более 30 лет.

Сергей Капица - почетный вице-президент РАЕН, президент Евразийского физического общества, член Европейской академии наук, член Президентского совета по культуре и искусству, член Римского клуба, Манчестерского литературного и философского общества. Он лауреат премии РАН за популяризацию науки, лауреат Государственной премии СССР за организацию телепередачи "Очевидное – невероятное" и многолетний ее ведущий. Известный ученый много лет занимается подводным плаваньем с аквалангом и имеет удостоверение дайвера под номером 0002.
http://www.vesti.ru/doc.html?id=163351&cid=7

[Agent 007]

21 февраля 2008 года — полное лунное затмение

Лунное затмение, которое произойдет 21 февраля 2008 года, будет полным. Его смогут наблюдать жители Европейской части России, а также Западной Сибири и Казахстана (частные фазы). Частное затмение начнется в 04:43 и закончится в 08:09 по московскому времени, полная фаза продлится 50 минут — с 06:01 по 06:51 по московскому времени. Следующее полное лунное затмение жители нашей страны смогут увидеть только 21 декабря 2010 года.

Жители Земли могут наблюдать затмения в среднем каждые полгода. Само понятие солнечного и лунного затмения связано с движением Луны по орбите вокруг Земли. Если Луна оказывается между Солнцем и Землей, то может произойти солнечное затмение, а если между Луной и Солнцем окажется Земля, то произойдет лунное затмение. В первом случае Луна отбрасывает полутень и тень на поверхность Земли, а при лунном затмении Земля покрывает ночное светило своей полутенью и тенью.

Если бы орбита Луны лежала в плоскости орбиты Земли, то затмения происходили бы каждые две недели: каждое новолуние происходило бы солнечное затмение, а каждое полнолуние — лунное. Но плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости орбиты Земли под углом немногим более 5 градусов. Это приводит к тому, что затмения наступают только когда Луна в новолунии или в полнолунии находится близ узлов лунной орбиты (точек пересечения орбиты Луны с плоскостью земной орбиты). Подобные периоды наступают раз в полгода, этим и определяется периодичность затмений.

Затмения бывают полными (когда наблюдаемое светило затмевается полностью) или частными (когда Солнце или Луна видны затмившимися лишь на некоторую свою часть). В отличие от полных солнечных затмений, которые видны в очень узкой полосе на поверхности Земли, полные или частные лунные затмения видны со всего ночного полушария нашей планеты.

Очередное лунное затмение, которое произойдет 21 февраля 2008 года, будет полным. Его смогут наблюдать жители Европейской части нашей страны, а также Западной Сибири и Казахстана (частные фазы). Похожее лунное затмение россияне и жители стран СНГ могли лицезреть год назад (в ночь с 3-го на 4 марта 2007 года). Последнее же полное лунное затмение, предшествующее описываемому здесь, произошло 28 августа 2007 года (полгода назад), но наблюдать его могли только жители восточной части страны. Теперь условия наблюдений этого замечательного явления вновь благоприятны для любителей астрономии, проживающих к западу от Урала.

Следующее лунное затмение ожидает нас 16 августа 2008 года и будет благоприятным для наблюдений со всей территории страны, за исключением самых восточных районов. Но это затмение будет уже не полным, а частным, хотя и с большой фазой (0,81), а очередное полное затмение жители нашей страны увидят лишь 21 декабря 2010 года. Поэтому, если вы хотите насладиться видом зрелищного небесного явления, то пронаблюдайте февральское полное лунное затмение (если, конечно, позволит погода), так как следующего придется ждать два с половиной года. Все лунные затмения до декабря 2010 года будут частными или полутеневыми, когда Луна не заходит в тень Земли, погружаясь лишь в ее полутень.

Затмение 21 февраля 2008 года является повторением через сарос (цикл повторений затмений, равный 6585 дней, или 18 лет 11 дней) полного лунного затмения от 9 февраля 1990 года, которое было видимо почти на всей территории России и стран СНГ. Начнется нынешнее затмение в 0 часов 35 минут по всемирному времени, когда левый край лунного диска коснется земной полутени. В Москве в этот момент часы будут показывать 3 часа 35 минут, поскольку разница времени в столице со временем в Гринвиче, который определяет всемирное время, составляет +3 часа.

Полутеневое затмение практически не видно для невооруженного глаза, и лишь когда Луна приближается к краю тени, отбрасываемой Землей в пространство, становится заметным потемнение левого края. Поэтому не стоит ожидать в указанное выше время каких-либо изменений в облике Луны. Она всё так же величаво будет освещать местность, и ничто не покажет, что уже идет лунное затмение.

Частное затмение начнется в 4 часа 43 минуты по московскому времени, и со всего ночного полушария Земли можно будет наблюдать постепенное «исчезновение» Луны с неба. По мере погружения ночного светила в земную тень ущербная часть станет медленно увеличиваться, охватывая всё большую и большую видимую поверхность лунного диска. Граница между освещенной частью и погруженной в тень выглядит довольно расплывчато, что объясняется наличием атмосферы у Земли. Проходя через плотные слои атмосферы, солнечный свет рассеивается, и резкость границы земной тени теряется. Догадки о причинах этого эффекта принадлежат еще древнегреческим ученым.

В Москве к началу частного затмения Луна будет находиться на высоте 24 градуса над западным горизонтом. Далее ночное светило будет терять высоту, но увеличивать фазу затмения, и в момент полного погружения в земную тень в 6 часов 01 минуту угловое расстояние от затмившегося лунного диска до горизонта составит не более 13 градусов. В других городах, расположенных севернее или южнее столицы, высота над горизонтом будет, соответственно, ниже или выше. Середина полного (и всего) затмения наступит в 6 часов 26 минут 05 секунд по московскому времени. Это будет момент максимальной фазы (Ф = 1,11), то есть максимального погружения в земную тень.

Полная фаза продлится 50 минут, и в 6 часов 51 минуту появится первый лучик от освещенного Солнцем левого края лунного лимба. Высота над горизонтом при этом составит 6 градусов. Москвичи успеют пронаблюдать выход Луны из тени почти полностью, хотя к этому времени рассвет уже вступит в свои права, а естественный спутник Земли коснется горизонта. Окончание частного затмения произойдет в 8 часов 09 минут по московскому времени, когда ночное светило уже скроется за горизонтом.

Тем не менее жители городов, расположенных западнее Москвы, смогут пронаблюдать и окончание затмения, так как чем дальше к западу, тем позже будет происходить заход Луны. Моменты же наступления фаз затмения, как было сказано выше, одинаковы при наблюдении из любого пункта на ночной стороне Земли. Это означает, что в любом городе, из которого можно будет наблюдать лунное затмение, чтобы успеть к его началу, нужно выйти на улицу не позднее 4 часов 43 минут по московскому времени.

Погружаясь в земную тень, Луна станет скрывать от взоров наблюдателей объекты на своей поверхности (см. карту Луны). Невооруженным глазом будет видно, как наступающая тень накрывает Океан Бурь (самое большое темное образование). Ближе к середине частной фазы под «крыло» тени попадет Море Дождей и кратер Коперник, затем Залив Центральный. По мере приближения к полной фазе в тени окажутся Моря Ясности, Спокойствия, Плодородия и Кризисов. Во время полного затмения следует обратить внимание на окраску лунного диска, потому что она зависит от состояния атмосферы и некоторых других факторов, в частности вулканической активности. Цвет затмившейся Луны в различные годы бывает от светло-желтого до красно-коричневого. Кроме этого, и яркость ее значительно разнится от затмения к затмению. Но именно этот факт позволяет получать ценные научные данные об атмосфере нашей планеты.

Для оценки вида полного лунного затмения используется шкала Данжона (Danjon scale), которая содержит пятибалльную оценку (от 0 до 4 или от 1 до 5 баллов, по разным источникам):

0 баллов — очень темное затмение. Луна почти невидима, особенно в середине полной фазы.
1 балл — темное затмение, цвет луны серый или коричневатый. Детали различимы с трудом.
2 балла — затмение темно-красного или ржавого цвета. Центральная часть тени очень темная, а ее внешний край сравнительно яркий.
3 балла — кирпично-красное затмение. Тень обычно имеет яркий или желтый ободок.
4 балла — очень яркое медно-красное или оранжевое затмение. Тень имеет синеватый, очень яркий ободок.

Проводить оценку рекомендуется невооруженным глазом, а также при помощи телескопа или бинокля ближе к максимуму затмения. Полезны оценки и при других фазах затмения и не только полных, но и частных. Зарисовки, записи, а особенно фотоматериал весьма пригодится при дальнейшей обработке результатов наблюдений.

Несмотря на то, что во время полного затмения Луна видна на небе в виде темного расплывчатого диска, в телескоп на поверхности спутника Земли можно разглядеть многие объекты, которые видно при обычных наблюдениях (на освещенной Солнцем части). Видно их будет, конечно, не так, как при ясной Луне, но полезно проследить за изменением их яркости по мере увеличения или уменьшения фазы затмения. Если же можно было бы перенестись во время наблюдений на какой-либо из рассматриваемых кратеров, то на небе Луны можно было бы наблюдать солнечное затмение, в котором в качестве затмевающего Солнце небесного тела выступает Земля. Имеющая видимый диаметр почти 2 градуса, она видна с Луны как темный диск, окруженный светлым ободком — земной атмосферой.

44353
Полное лунное затмение 3-4 марта 2007 года. (Снимок Ивана Мхитарова и Влада Оноприенко из Кубанского астрономического клуба)

44354
Схематическое изображение наступления лунного затмения (Penumbra — земная полутень, Umbra — земная тень). © Fred Espenak, рис. с сайта sunearth.gsfc.nasa.gov/eclipse

44355
Ход первой половины полного лунного затмения 3-4 марта 2007 года. (Комбинированный снимок Романа Махненко из Кубанского астрономического клуба)

http://elementy.ru/news/430677

[LiO]

Ученые высчитали, что у нас должно быть
очень много братьев по разуму

19.02.2008
Вчера в США авторитетный астроном Майкл Майер объявил, что в нашей Галактике существует огромное количество звезд, подобных нашему Солнцу, вокруг которых вращаются планеты, чрезвычайно похожие на Землю. Всего в нашей Галактике 100 миллиардов светил, и, по словам Майера, получается, что у 10 - 30 миллиардов из них имеются землеподобные планеты. «У них есть все признаки формирования не газовых гигантов, а скалистых планет в условиях, аналогичных тем, что привели к рождению Земли», - говорит ученый. Майер несколько лет с помощью космического телескопа Spitzer изучал молодые звезды и вокруг многих из них обнаружил дисковидные облака космической пыли. Считается, что эта пыль - побочный эффект разрушения обломков скал и их слияния при образовании новых планет.

«Представляете, 10 миллиардов планет, абсолютно похожих на нашу Землю», - восклицает астроном. Далее, по логике, должен следовать вывод, который ни один серьезный ученый пока не решается произнести вслух. На одной, нескольких или даже на всех должна существовать жизнь. Где-то неразумная, а где-то и вполне успешные цивилизации, оставившие землян в развитии далеко позади.

Надежда на новые телескопы

- Очень хотелось бы верить Майеру, - заявил «КП» Сергей ЯЗЕВ, старший научный сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН. Он весьма авторитетный ученый. Но все же миллиарды планет, подобных Земле, - пока гипотеза. Люди еще не научились разглядывать в космосе столь маленькие объекты, как планеты, похожие на нашу. Сейчас обнаружено более 250 планет и чужих светил, но все они в сотни раз массивнее Земли. Впрочем, в ближайшие годы ситуация изменится. Сейчас завершается сооружение сразу нескольких космических телескопов, которые смогут «нащупать» в Галактике и более маленькие космические тела. Очень вероятно, что лет через пять мы найдем на небе планету - «близняшку» нашей Земли.

Инопланетян найдут к 2025 году?

Через пять лет найдем планету, а вскоре и услышим братьев по разуму. Так заявил другой американский астроном - Сет Шостак - директор частного Института по поиску внеземного разума. Прошлой осенью в США открылась новая астрономическая обсерватория, главной задачей которой стал как раз поиск инопланетян. Уже сейчас 42 радиотелескопа, а когда обсерваторию достроят, их будет 350, прослушивают небо, пытаясь уловить подозрительные радиосигналы, идущие от других звезд. Шостак уверен, что к 2025 году специалисты обсерватории обнаружат как минимум одну звезду, вокруг которой вращается планета, населенная разумными существами.

Ну а если теория доктора Майера окажется верной, таких звезд окажется гораздо больше.
http://rostov.kp.ru/daily/24051/103747/

[Rise]

46158

Ученые измерили поля вокруг термоядерной таблетки
Американские ученые впервые измерили поля, возникающие вокруг водородной таблетки во время термоядерного синтеза. Были обнаружены магнитное и электрическое поля с неожиданными параметрами, сообщает журнал Science.

При термоядерном синтезе из ядер более легких элементов образуется ядро более тяжелого, при этом его масса оказывается чуть-чуть меньше общей массы исходных ядер. Разница масс переходит в энергию по формуле E=mc2. Термоядерный синтез считается перспективным источником энергии - практически неисчерпаемым.

Один из методов запуска термоядерной реакции - бомбардировка крошечных таблеток из тяжелых изотопов водорода (дейтерия и трития) лазером. Температура газа достигает 100 миллионов градусов, плотность - килограмма на кубический сантиметр, при таких условиях начинается синтез ядер. До сих ученым не удавалось составить точную "карту" электромагнитных полей, возникающих около таблетки.

Группа исследователей из Массачусетсского технологического института и Рочестерского университета применила для измерения этих полей протонную радиографию - обстрел таблетки высокоскоростными протонами. Источником протонов служит вторая, вспомогательная таблетка, которая состоит из дейтерия и гелия-3. При запуске реакции в ней образуется гелий-4 и свободный протон.

Сначала запускалась реакция в первой таблетке, затем, пока она не кончилась (то есть в течение трех наносекунд) - во второй. Протоны, вылетающие из второй таблетки и пролетающие мимо первой, имеют электрический заряд, поэтому отклоняются под влиянием полей таблетки. Зная энергию протонов, можно рассчитать их ожидаемую траекторию и, измерив отклонение от нее, получить информацию об этих полях.

Результаты показали, что при запуске реакции возникают сложные магнитные поля со многими радиальными компонентами, индукция которых достигает 60 тесла (для сравнения: индукция магнитного поля Земли - порядка 10-5 тесла). Кроме того, были обнаружены электрические поля напряженностью около гигавольта на метр (для сравнения: напряженность электрического поля непосредственно под ЛЭП - около 10 киловольт на метр).

Почему и как именно возникают эти поля, пока не вполне понятно Исследователи полагают, что они могут влиять на распределение частиц, плазмы и энергии и, в частности, на симметричность протекания синтеза в таблетке. Между тем, научиться добиваться симметричности синтеза - одна из задач на пути к контролируемому термоядерному синтезу.
http://www.lenta.ru/news/2008/02/29/fusion/

[Agent 007]

За образование облаков отвечают микробы

47188
Образование первичных кристаллов льда в облаках и последующие снегопады связаны с присутствием в атмосфере живых микроорганизмов. На снимке — слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns), которые летом приносят нам дождь, а зимой снег. Фото с сайта commons.wikimedia.org

Американские и французские ученые оценили, какую роль играют живые объекты в образовании кристалликов льда в облаках. Образование таких кристалликов (ядер замерзания) — начальная ступень в сложном процессе выпадения снежных осадков. Выяснилось, что ядрами замерзания становились в основном (на 25-100%) ДНК-содержащие объекты, которые разрушались при нагревании и под действием растворяющих ферментов. Бактериальное сообщество тропосферы еще совершенно не изучено, но полученные результаты говорят о том, что его влиянии на климат нашей планеты явно недооценено.

Какими только существами человек не наделял небеса: сначала там жили боги разных национальностей, вместе с ними там летали влюбленные, включая и «Lucy in the sky», затем небо опустело, отданное на откуп законам физики, химии и самолетам, в какой-то момент за небо взялись биологи. И атмосфера постепенно заселилась микробами.

Примерно 150 лет назад Пастер начал изучать микроорганизмы, летающие в воздухе. С помощью специального приспособления типа велосипедного насоса он брал пробы воздуха высоко в горах и вокруг парижских помоек с тем, чтобы понять, сколько и каких микробов находится в воздушной среде. Ясно, что по числу и разнообразию микробов парижские помойки держали лидерство. После пастеровских экспериментов воздух рассматривался как среда, через которую могут переноситься болезнетворные микробы.

В 80-е годы XX века ученые собрали данные о составе аэрозолей в воздухе. Оказалось, что в атмосфере содержится огромное количество биологических частиц, в том числе и живых клеток: водорослей, бактерий, одноклеточных животных, спор грибов, пыльцы. Эти живые клетки могут перемещаться на колоссальные расстояния, не теряя своей жизнеспособности. Возникло представление об аэропланктоне, который, подобно планктону морскому, существует во взвешенном состоянии в трехмерной среде, пассивно следуя течениям. Считалось, что аэропланктон — это полностью привнесенный элемент атмосферы, местом его рождения являются суша или море, а полет над родными стихиями — случайный (для морских и почвенных микроорганизмов) или эпизодический (для пыльцы и спор) момент жизненного цикла.

Но в начале текущего века было сделано поразительное открытие. Некоторые бактерии, находясь в облаках, продолжают активную жизнедеятельность, синтез белков, деление. Таким образом, аэропланктон приобрел черты самостоятельности, по крайней мере часть его могла использовать атмосферу как постоянное местообитание или как место длительного пребывания. А коль скоро аэропланктон — постоянный компонент атмосферы, то стоило задуматься о той роли, которую он играет в своем окружении и как он его изменяет.

Параллельно с исследованием аэропланктона было показано, что бактерии принципиально могут служить центрами образования кристалликов льда и дождевых капель в облаках. Образование облаков и последующее выпадение осадков начинается с нуклеации , то есть образования первичных капель или кристаллов; затем за счет конденсации и коагуляции капли увеличиваются и выпадают в виде дождя или снега. Ядрами нуклеации могут стать гидрофильные твердые или жидкие частицы размером от нескольких десятых микрометра до нескольких микрометров. А в качестве ядер замерзания, то есть нуклеации льда, выступают частицы того же размера, но их природа и механизм образования первичных кристаллов неизвестны.

Опытным путем установлено, что некоторые бактерии являются превосходными ядрами замерзания, присутствие их в атмосфере ускоряет процесс образования облаков. Активным агентом нуклеации, как выяснилось, работают белки клеточной стенки. Таким образом, присутствие в составе аэропланктона бактерий может ускорить образование облаков. Итак, бактерии оказываются ускорителями образования облаков, но, возможно, всё это любопытные, но экзотические явления, в буквальном смысле не делающие погоды.

Чтобы понять, насколько велик вклад микроорганизмов в процесс образования облаков, ученые задались целью оценить, сколько содержится бактерий в общей массе частиц-нуклеаторов. По одним оценкам, около 25% всех нуклеаторов составляют биологические объекты (содержащие белки), по другим оценкам — около 74%. Количество их не зависит от времени года и широты места. Примерно 20% от общего числа биологических аэрозольных частиц распространены всесветно. Они есть повсюду, даже над Антарктидой.

В новом исследовании показано, что образование ядер замерзания еще теснее связано с присутствием в атмосфере микроорганизмов. Это исследование провели специалисты из Университета штата Луизиана (Батон-Руж, США), Университета штата Монтана (Бозман, США) и Национального исследовательского института агрономии (Монфаве, Франция). Ученые изучили пробы снега, взятые после снегопадов в различных районах мира: в Южной Франции (Альпы и Пиренеи), в США (штат Монтана), в Антарктиде (остров Росса) и на канадской территории Юкон (ледник Витон).

Пробы снега расплавили, выделили все твердые частицы и далее провели изящный эксперимент. Размешали частицы в меньшем объеме воды и, чтобы продемонстрировать пригодность данных частиц в качестве ядер замерзания, заморозили при температуре минус 2–9°C. Потом пробы снова расплавили, часть обработали лизоцимом — ферментом, разрушающим оболочку бактериальных клеток, другую часть нагрели до температуры 95°C. А оставшуюся часть оставили без изменений в качестве контроля.

Оказалось, что нагревание снижает способность образовывать кристаллы льда: кристаллообразование замедлялось на 69–100% (при нагревании инактивировалось 69–100% ядер нуклеации). Из обработанных лизоцимом вновь замерзали только около четверти пробирок. Контрольные образцы не изменили своей способности к повторному замерзанию. Ученые предполагают, что тем активным агентом, который терял рабочую форму при нагревании, был белок клеточных стенок. При этом опыты с лизоцимом показали, что клеточная стенка должна быть еще и неповрежденной, только тогда белки были в состоянии исполнять свою «метеорологическую» функцию.

Удивительно, насколько высокой оказалась доля белков и живых микроорганизмов среди всех частиц, вызывающих кристаллизацию воды, — она составила не менее 69%. А мы при этом даже не знаем, каково постоянное микронаселение облаков и как устроены эти обширнейшие экосистемы. И тем более пока не готовы включить этот внушительный компонент в модели климата планеты.

http://elementy.ru/news/430685

[Agent 007]

Доверчивость и благодарность — наследственные признаки

47189
Альтруизм у пчел и других общественных животных озадачивал Дарвина, однако сегодня это явление уже имеет убедительные эволюционные объяснения, такие как теория родственного отбора и взаимного альтруизма. Но если альтруизм у пчел обусловлен, несомненно, генами, а не воспитанием, то в отношении человека до последнего времени многие предполагали обратное. Изображение с сайта www.nature.com

Две группы исследователей из Швеции и США независимо друг от друга получили похожие результаты в ходе изучения поведения одно- и разнояйцовых близнецов в «играх на доверие». Оказалось, что склонность к альтруизму и кооперативному поведению подвержена индивидуальной изменчивости, причем имеющиеся различия как минимум на 10–20% определяются наследственностью (генами), а не воспитанием и жизненным опытом.

Эволюция альтруизма и кооперативного поведения у общественных животных, включая человека, привлекает в последние десятилетия самое пристальное внимание ученых. На «Элементах» уже опубликовано более дюжины материалов (http://elementy.ru/find?words=%C1%CC%D8%D4%D2%D5%C9%DA%CD&search=%F0%CF%C9%D3%CB) на эту тему. Не в последнюю очередь интерес обусловлен той исключительной ролью, которую играл и продолжает играть альтруизм в эволюции человека (как биологической, так и социальной).

Для объяснения эволюционного становления альтруизма и кооперации предложено несколько теоретических моделей, основанных на разных механизмах и принципах:

1) родственный отбор (http://mirslovarei.com/content_psy/RODSTVENNYJ-OTBOR-11683.html) — помогая родственникам, помогаешь распространению собственных «альтруистических» генов;

2) реципрокный (взаимный) альтруизм (http://society.polbu.ru/oleskin_biopolitics/ch32_i.html) — «ты мне, я тебе». Платя добром за добро и злом за зло, одновременно и собственные интересы соблюдаешь, и опять-таки способствуешь распространению «генов альтруизма»;

3) групповой отбор — группы «кооператоров» растут и размножаются, группы эгоистов и обманщиков погибают. Групповой отбор может работать только в том случае, если индивиду для успешного размножения необходимо быть членом успешной группы (многие авторы считают, что условия, необходимые для группового отбора, в природе встречаются редко).

На пчелах, бактериях и других общественных организмах, не способных к социальной и культурной эволюции, изучать становление альтруизма несколько проще, поскольку сразу можно с достаточной долей уверенности предполагать, что разгадка кроется в генах, определяющих поведение, а не в воспитании, культуре, традициях и т. п. С приматами, особенно с человеком, сложнее: здесь помимо обычной биологической эволюции, основанной на отборе генов, необходимо учитывать еще и социальную / культурную эволюцию, основанную на отборе мемов (в данном случае речь идет о таких мемах, как морально-нравственные нормы, правила поведения в обществе и т. п.)

Ясно, что способность к альтруистическому поведению в основе своей «заложена» в наших генах — ведь кооперация была необходима нашим предкам для выживания задолго до того, как они овладели речью и тем самым создали «питательную среду» для быстрого распространения и эволюции мемов. Ясно, что практически любой здоровый человек при соответствующем воспитании способен научиться вести себя более или менее «кооперативно» и «альтруистично». Значит, некий минимально необходимый генетический «базис» альтруизма есть у всех нас — соответствующие гены прочно зафиксировались в человеческой популяции. Однако до сих пор имеется очень мало экспериментальных данных, на основании которых можно судить о том, в какой фазе находится эволюция альтруизма в современном человечестве: то ли «генетический» этап давно закончился, и сегодня актуальными являются только социально-культурные аспекты этой эволюции, то ли эволюция альтруизма продолжается и на уровне генов.

В первом случае следует ожидать, что наследственная изменчивость людей по поведенческим признакам, связанным с альтруизмом, взаимным доверием и т. п., очень мала или вовсе отсутствует, а столь очевидные всем нам различия по уровню доброты и порядочности объясняются исключительно внешними факторами: воспитанием, условиями жизни и разными случайными обстоятельствами.

Во втором случае мы должны ожидать, что эти различия отчасти объясняются также и наследственными факторами, то есть генами. «Отчасти» — потому что роль внешних факторов в становлении человеческой личности слишком очевидна, чтобы кому-то пришло в голову ее отрицать. Вопрос ставится следующим образом: оказывают ли индивидуальные генетические различия хоть какое-то влияние на наблюдаемую вариабельность людей по степени кооперативности, альтруизма и взаимного доверия.

В поисках ответа на этот вопрос две группы психологов и антропологов из Швеции и США независимо друг от друга провели почти идентичные исследования. В обоих случаях для оценки соотношения роли генов и воспитания сравнивалось поведение одно- и разнояйцовых близнецов, а для оценки степени альтруизма и кооперации использовалась классическая «игра на доверие» (см. ниже).

Две группы ученых узнали о существовании конкурентов только тогда, когда все эксперименты были уже проведены и все данные собраны. Вместо того, чтобы писать наперегонки свои статьи и бороться за приоритет, ученые поступили так, как подобает специалистам, изучающим кооперативное поведение — они скооперировались и опубликовали совместную статью. Благо и результаты у них получились очень похожие.

«Игра на доверие», которая в последнее время широко применяется в психологических исследованиях и считается весьма надежным тестом на кооперативность, состоит в следующем. В игре участвуют двое незнакомых людей. Игроки не видят друг друга и играют друг с другом только один раз, поэтому у них нет никаких оснований рассчитывать на благодарность или опасаться мести партнера. Тем самым полностью исключается элемент «реципрокности». Первому игроку («доверяющему») выдается некая сумма реальных денег. Игрок может оставить ее всю себе, а может какую-то часть (или всю сумму) пожертвовать в пользу второго игрока. Пожертвованная сумма утраивается экспериментаторами и вручается второму игроку («благодарящему»). После этого «благодарящий» может оставить себе все деньги, а может какую-то часть передать первому игроку. На этом игра заканчивается.

С точки зрения классической теории игр, самая выгодная стратегия для обоих игроков — это оставить себе все полученные деньги. «Доверяющий», в принципе, мог бы рискнуть и пожертвовать часть денег «благодарящему», рассчитывая на его доброту. Но для благодарящего оптимальной стратегией в этом случае будет ничего не возвращать. Вернув часть денег, «благодарящий» только потерпит убыток, не получив ничего взамен. «Доверяющий», понимая это, должен сообразить, что рисковать нет никакого смысла.

Но так обстоит дело только с точки зрения теории игр, которая учитывает прямые корыстные интересы игроков и пренебрегает более тонкими аспектами мотивации человеческого поведения. Многочисленные эксперименты показали, что реальные люди обычно и «доверяют», и «благодарят», причем порой весьма щедро.

«Игра на доверие» зарекомендовала себя как хороший тест, позволяющий оценивать влияние различных факторов на «доверчивость» и «благодарность». Например, ранее было показано, что у людей повышается уровень окситоцина (одного из «гормонов удовольствия»), когда им оказывают доверие; выяснилось также, что искусственное увеличение уровня окситоцина ведет к росту «доверчивости».

Шведы привлекли к участию в эксперименте 658 человек (71 пару разнояйцовых однополых и 258 пар однояйцовых близнецов), а американцы – 706 (75 пар разнояйцовых однополых и 278 пар однояйцовых). Методики немного различались. В Швеции каждый испытуемый играл в «игру на доверие» с представителем другой близнецовой пары, выигранные деньги получал спустя несколько дней, а «благодарящий» должен был заранее решить, как он отреагирует на ту или иную полученную от «доверяющего» сумму. В Америке испытуемые играли с посторонними людьми, не имеющими близнецов; деньги получали сразу, а «благодарящий» принимал решение лишь после того, как узнавал о решении «доверяющего». Тот факт, что, несмотря на эти различия, результаты получились сходными, подтверждает их надежность.

Сравнение поведения одно- и разнояйцовых близнецов, а также неродственных людей в «игре на доверие» позволило ученым оценить степень влияния на «доверчивость» и «благодарность» следующих трех групп факторов:

1) Генетические факторы. У однояйцовых близнецов все гены полностью идентичны. У разнояйцовых близнецов, как у обычных братьев и сестер, абсолютно идентична в среднем лишь половина генома, а во второй половине могут быть различия по полиморфным локусам. Наконец, у неродственных людей различия могут быть во всех полиморфных локусах.

2) Общие внешние факторы — те условия воспитания, которые являются одинаковыми для близнецов, воспитываемых в одной семье. Ранее высказывалось предположение, что родители могут более «одинаково» воспитывать однояйцовых близнецов, чем разнояйцовых, усиливая тем самым сходство первых и различие вторых. Но это предположение не подтвердилось: было показано, что в тех случаях, когда родители по ошибке считают своих разнояйцовых детей однояйцовыми, это не приводит к увеличению сходства в поведении близнецов.

3) Различающиеся внешние факторы — в эту группу попадают все прочие условия воспитания, жизненный опыт, а заодно и всевозможные случайности и даже неточности и ошибки в проведении эксперимента.

При обработке данных использовались сложные статистические методы, основанные на байесовском анализе (см.: теорема Байеса (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%91% D0%B0%D0%B9%D0%B5%D1%81%D0%B0)).

Оказалось, что три группы факторов влияют на степень «доверчивости» в пропорции 0,20 : 0,12 : 0,68 у шведов и 0,10 : 0,08 : 0,82 у американцев; на степень «благодарности» — в пропорции 0,18 : 0,17 : 0,66 у шведов и 0,17 : 0,12 : 0,71 у американцев.

Таким образом, самое большое влияние оказывают «различающиеся внешние факторы» в комплексе со всеми случайностями и ошибками; на втором месте — гены, на третьем — «общие внешние факторы». Применение дополнительных статистических процедур позволило показать, что ролью последних вообще можно пренебречь без особых потерь — модели, объясняющие наблюдаемую вариабельность только на основе генов и «различающихся факторов», справляются со своей задачей ненамного хуже, чем модели, учитывающие все три группы факторов. Однако если исключить из модели гены или различающиеся факторы, «качество» модели снижается очень резко.

Таким образом, наблюдаемые различия по степени «доверчивости» и «благодарности» как минимум на 10–20% предопределены генетически. Это очень серьезный вывод, имеющий далеко идущие последствия. Значит, не все зависит от воспитания и опыта — кое-что осталось и на долю генов. Есть люди, от рождения более склонные доверять другим и вознаграждать за оказанное доверие, и есть недоверчивые от природы, не склонные тратить много ресурсов на выражения благодарности.

Это означает также, что биологическая эволюция альтруизма в человечестве еще не закончена. В популяции сохранился полиморфизм по генам, определяющим большую или меньшую склонность к кооперативному поведению и взаимному доверию. По-видимому, в разных природных, социальных и экономических условиях естественный отбор благоприятствует то доверчивым кооператорам, то недоверчивым эгоистам, и переменчивость этих условий способствует сохранению полиморфизма. Есть и другой вариант объяснения, основанный не на переменчивости условий, а на частотно-зависимом «балансирующем» отборе. Чем больше кругом доверчивых альтруистов, тем выгоднее быть «недоверчивым», паразитируя на чужой доброте; но если паразитов становится много, их стратегия оказывается уже не столь выгодной, да и общество начинает воспринимать их как реальную угрозу и вырабатывать меры для обуздания эгоизма (см.: Альтруизм общественных насекомых поддерживается полицейскими методами (http://elementy.ru/news/430380), «Элементы», 08.11.2006).

Может показаться, что 10–20% — это пустяк по сравнению с влиянием «различающихся внешних условий». Однако авторы отмечают, что полученные ими оценки влияния генов на «доверчивость» и «благодарность», скорее всего, являются сильно заниженными. Во-первых, в категорию «различающихся внешних факторов» попали все случайности и ошибки. На решение игрока могла повлиять какая-нибудь мелочь — случайно пришедшая в голову мысль, воспоминание, пролетевшая за окном муха и т. п. Если бы каждый испытуемый участвовал в нескольких играх с разными партнерами, результаты почти наверняка показали бы более значительную роль наследственности (а также и «общих внешних факторов»). Но в проведенных экспериментах каждый испытуемый участвовал только в одной игре с одним-единственным партнером.

Во-вторых, использованные учеными статистические модели основывались на предположении об отсутствии ассортативного скрещивания по исследуемым признакам (ассортативное скрещивание — предпочтительное скрещивание генетически сходных особей). Иными словами, предполагалось, что люди с равной вероятностью вступают в брак как с «доверчивыми и благодарными», так и с «недоверчивыми и неблагодарными» партнерами, независимо от того, к какой категории относятся они сами. Если же на самом деле «кооператоры» предпочитают вступать в брак с другими «кооператорами», а эгоисты — с эгоистами, то различия между разнояйцовыми близнецами по «генам доверчивости» в действительности меньше, чем предполагалось в моделях (поскольку их родители более сходны между собой по этим генам). Это должно было привести к занижению полученных оценок роли наследственности (влияние генов частично было интерпретировано как влияние воспитания). Одним словом, весьма вероятно, что в действительности гены обуславливают более 20% имеющихся различий по степени «доверчивости и благодарности».

Авторы отмечают, что специалистам в области гуманитарных наук может показаться неожиданным вывод о том, что генетические различия сильнее влияют на вариабельность кооперативного поведения, чем различия в «общих внешних факторах». Однако это вполне соответствует тем выводам, к которым пришли в последние годы специалисты по генетике поведения. В 2000 году Эрик Туркхеймер сформулировал «три закона генетики поведения» (http://people.virginia.edu/~ent3c/papers2/three_laws.pdf) (PDF, 380 Кб), второй из которых гласит, что эффект воспитания в одной и той же семье обычно менее значителен, чем влияние генов.

Все это выглядит довольно неутешительно для родителей: получается, что от воспитания в семье «кооперативные» качества ребенка зависят лишь в очень малой степени. Заметно большее влияние оказывают гены, еще большее — те внешние факторы и жизненный опыт, на которые семья повлиять не может. Практический вывод из этого очень простой. Если вы хотите, чтобы ваши дети были добрыми, лучше не стройте лишних иллюзий о «правильном воспитании», а выбирайте себе доброго брачного партнера — так будет надежнее.

http://elementy.ru/news/430688

[Rise]

47561

Астрономы впервые увидели солитон в космосе
Астрономы впервые зафиксировали в космосе солитон - устойчивую уединенную волну, способную распространяться на большие расстояния без потери энергии, сообщает Европейское космическое агентство (ESA) со ссылкой на статью в Physical Review Letters.

Считается, что солитоны были открыты в 1834 году, когда инженер Джон Скотт Рассел увидел, как на одном из шотландских каналов возникла большая одиночная волна, двигавшаяся по каналу с сохранением формы и скорости. Рассел преследовал волну верхом на протяжении нескольких километров, затем, когда высота ее уменьшилась, потерял ее в изгибах канала.

Солитоны могут возникать в различных средах, в том числе и в электромагнитном поле. В частности, они используются в оптоволокне для быстрой передачи информации без потерь на большие расстояния.

Анализ данных, которые собрала миссия ESA по исследованию магнитосферы Земли "Кластер" (Cluster) - четыре одинаковых спутника, движущиеся "пирамидой" - показал, что солитоны возникают и в космосе. Выяснилось, что 30 марта 2002 года в магнитопаузе (внешней границе магнитосферы), на расстоянии 50 тысяч километров от Земли, спутники зафиксировали солитон шириной 6-7 километров, который двигался к внутренней области магнитосферы со скоростью 8-9 километров в секунду. Солитон проделал достаточно длинный путь, затем исчез. Эмпирические данные хорошо согласуются с теоретическими описаниями солитонов.

Такие солитоны изучать отчасти легче, чем наземные: наземные, как правило, сравнимы по размеру с инструментами, использующимися для измерения их параметров, поэтому сами измерения могут сильно влиять на изучаемое явление. Космический же солитон значительно превосходит спутники по размеру, поэтому их воздействие на него оказывается пренебрежимо малым.
http://www.lenta.ru/news/2008/03/10/soliton/

[Rise]

47711

Химики реализовали параллельные вычисления на молекулярном уровне
Сотрудники Национального японского центра наук о материалах создали молекулярный "процессор", способный осуществлять параллельные вычисления и управлять наномашинами. Статья о разработке опубликована в досрочном онлайн-выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Процессор" состоит из 17 идентичных молекул 2,3,5,6-тетраметил-1–4-бензохинона (дурохинона). Каждая молекула может принимать одно из четырех логических состояний. На физическом уровне состояния выражаются расположением алкильных групп молекулы. 16 молекул расположены по кругу (исполнительные блоки), 17-я (центральный блок управления) помещается в центр круга. Молекулы соединены водородными связями (вид сравнительно слабых химических связей).

Изменяя состояние центрального блока при помощи сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), можно одновременно изменять состояния всех исполнительных блоков (или, при необходимости, части из них). Таким образом, комплекс позволяет осуществлять параллельные вычисления. Исполнительные блоки теоретически способны хранить 416 бит информации, которые могут изменяться одновременно.

Эксперименты показали, что комплекс может использоваться для управления наномашинами. Как сообщил BBC News один из соавторов Анирбан Бандиопадхяй (Anirban Bandyopadhyay), теоретически устройство в будущем может пригодиться для управления движением медицинских нанороботов.
http://www.lenta.ru/news/2008/03/11/chembrain/

[Rise]

47941

Ученые создали "рентгеновский" лазер
Французские и японские ученые усовершенствовали лазер на свободных электронах, значительно уменьшив его размер и научившись создавать когерентное рентгеновское излучение с длиной волны до 32 нанометров, сообщает Physics World со ссылкой на статью в Nature Physics.

В обычном лазере источником излучения являются электроны, колеблющиеся в атоме между различными энергетическими уровнями. В лазере на свободных электронах (free electron laser, FEL) источником излучения является пучок свободных электронов, проходящий сквозь ряд расположенных специальным образом магнитов (ондулятор), который заставляет их двигаться по синусоидальной траектории. Разгон электронов до околосветовых скоростей приводит к испусканию фотонов - так называемому синхротронному излучению.

Лазер на свободных электронах (ЛСЭ) предоставляет большие возможности: в частности, можно порождать мощное излучение в широком диапазоне волн. В рентгеновском диапазоне, однако, трудно добиться, чтобы излучению была присуща временная когерентность. Когерентностью называют согласованное протекание во времени и пространстве нескольких волновых процессов, при котором разность фаз волн постоянна. Когерентными во времени являются волны, которые на протяжении своего периода проходят данную область в пространстве за одно и то же время. Когерентными в пространстве являются волны, совпадающие по фазе.

Кроме того, для работы ЛСЭ требуется большой ондулятор, что неудобно по техническим причинам.

Французско-японская группа решила эти проблемы, воздействуя на экспериментальный ЛСЭ, установленный в Японии, гармониками высшего порядка, порождаемыми при помощи инфракрасного луча титано-сапфирового лазера. В итоге излучение, которое порождает ЛСЭ, когерентно и во времени, и в пространстве. Воздействие также позволяет использовать четырехметровый ондулятор вместо девятиметрового.

Новая технология позволяет получать когерентное излучение с маленькой длиной волны - до 32 нанометров. Такой рентген может использоваться для изучения функционирования белков внутри живой клетки.
http://www.lenta.ru/news/2008/03/13/fel/

[Rise]

48741

Физики нашли новое нарушение симметрии вещества и антивещества
Физики обнаружили новое нарушение симметричности свойств частиц и античастиц, которое может позволить объяснить, почему в нашей Вселенной вещества значительно больше, чем антивещества, сообщает журнал Nature.

Сотрудники коллаборации Belle, объединяющей более 50 научных учреждений по всему миру, исследовали распад B-мезонов (заряженного мезона B+ и нейтрального мезона B0) и их античастиц (соответственно B- и анти-B0). Оказалось, что нейтральный мезон распадается чаще своей античастицы, а заряженный – реже.

Античастица – двойник другой частицы, имеющий ту же массу, но противоположный заряд (а также некоторые другие противоположные характеристики). Неэлементарные нейтральные частицы также могут иметь античастицы, если кварки, из которых состоят двойники, являются античастицами по отношению друг к другу.

В современной Вселенной вещества значительно больше, чем антивещества. Между тем, непосредственно после Большого взрыва они существовали в равных количествах. Большая часть и вещества, и антивещества должна была бы аннигилировать, в результате чего Вселенная была бы заполнена электромагнитным излучением, а уцелевшего вещества было бы слишком мало для образования звезд и планет и тем более возникновения жизни. Физики предполагают, что какая-то несимметричность свойств вещества и антивещества – так называмое нарушение зарядовой и пространственной четности (CP-violation) – привела к тому, что антивещество было почти полностью уничтожено, а большая часть вещества сохранилась.

Некоторые нарушения четности уже обнаружены, но они недостаточно велики, чтобы объяснить доминирование вещества во Вселенной, поэтому их поиск продолжается.

Сотрудники Belle использовали расположенный в Японии ускоритель KEK для столкновения электронов с их античастицами – позитронами. Столкновение приводит к выбросу энергии и формированию B-мезонов четырех типов: нейтральных (B0) и их античастиц (анти-B0, часто обозначается B0 с чертой наверху, англ. B-bar); положительно заряженных (B+) и их античастиц (B-). Все B-мезоны нестабильны и довольно скоро распадаются на другие частицы (каоны и пионы).

В 2004 году было обнаружено первое нарушение симметрии в B-мезонах: нейтральные B-мезоны распадались чаще, чем нейтральные анти-B-мезоны. Можно было бы ожидать подобной асимметричности и в поведении заряженных B-мезонов, то есть считать, что античастицы распадаются реже. Однако впоследствии появились основания полагать, что асимметричность действительно есть, но устроена она прямо противоположным образом: античастицы раcпадаются чаще.

Накопив данные о 535 миллионах распадов B-мезонов и их античастиц, сотрудники Belle установили с гораздо более высокой, чем раньше, степенью достоверности, что нейтральные частицы распадаются на 10 процентов чаще, чем их античастицы, а заряженные частицы – на 7 процентов реже, чем их античастицы.

Похожие результаты получила недавно коллаборация Babar (данные еще не опубликованы), которая работает с американским ускорителем SLAC в Стэнфорде. Противоположность асимметричностей плохо укладывается в рамки Стандартной модели – господствующей на данной момент теории.
http://www.lenta.ru/news/2008/03/20/antimatter/

[Rise]

49215

В фотоне уместилось рекордное количество информации
Специалистам по квантовой коммуникации удалось передать с помощью одного фотона рекордное количество информации – 1,63 бита, сообщает журнал New Scientist со ссылкой на статью в Nature Physics.

В классическом случае с одним фотоном можно передать один бит информации – фотон находится в одном из двух возможных состояний, определив, в каком именно, адресат получает один бит. Ученые давно стремятся увеличить "емкость" фотона, повысив пропускную способность канала и скорость передачи данных. Теоретически это возможно, но мешает несовершенство современных приборов.

Один из используемых методов увеличения емкости – квантовое плотное кодирование – основан на способности пары фотонов находиться в запутанном состоянии. Свойства одного фотона изменяются одновременно со свойствами другого фотона, с которым он запутан, даже если они разнесены в пространстве.

Схема квантового плотного кодирования приведена на иллюстрации: отправитель (Боб) и адресат (Алиса) получают по фотону, причем фотоны запутаны друг с другом. Боб приводит пару в одно из четырех возможных состояний (воздействуя лишь на свой фотон) и передает Алисе эту информацию (пересылая, опять же, лишь один фотон). Таким образом, измерив состояние пары, Алиса в идеальном случае могла бы получить два бита, хотя для их передачи использовался лишь один фотон.

В реальности, однако, этого не происходит: современные оптические устройства не позволяют различить все четыре состояния запутанной пары фотонов, максимум – три. Таким образом, Алиса может получить максимум log23 – 1,585 бита информации.

Хулио Баррейро (Julio Barreiro) и его коллегам из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн удалось улучшить этот результат, повысив способность детектора (Алисы) распознавать состояния. Группа Баррейро придала фотону орбитальный угловой момент, заставив его двигаться по спирали. Угловой момент сам не является носителем информации, но позволяет детектору лучше определить, в каком состоянии находится пара. Довести объем передаваемой информации до двух бит опять же пока не удалось, лучший практический результат – 1,63 бита, что, однако, уже является рекордом.
http://www.lenta.ru/news/2008/03/24/photon/

[LiO]

49232
Черно-белый снимок голубых струй, сделанный
с самолета, пролетающего над грозой.
Слева: от верхушек облаков поднимаются
голубые струи, справа виден фрагмент самолета.
Фото Геофизического института Университета Аляски и NASA.


Ученые объяснили происхождение сверхмолний и голубых струй

Группа ученых предложила модель, объясняющую возникновение "молний наоборот": разрядов, бьющих из облака не в землю, а вверх, в ионосферу, сообщает журнал New Scientist со ссылкой на статью в Nature Geoscience.

До сих пор не было известно, как именно возникают странные природные явления: сверхмолнии (гигантские молнии, gigantic jets) и молнии типа "голубая струя" (синий джет, blue jet). Как следует из названий, первый тип характерен размером и мощностью, второй – цветом, однако основное их замечательное свойство заключается в том, что оба типа молний бьют из облака не вниз, в землю, а вверх, в ионосферу.

Коллектив ученых из Университета штата Пенсильвания и Технологического университета в Нью-Мехико впервые предложил модель, которая описывает образование как наземных молний, так и молний "снизу-вверх". Модель также учитывает образование загадочных "внезапных" (out of the blue) молний, способных бить "ниоткуда", возникая в нескольких километрах от грозы.

По мнению исследователей, голубые струи возникают в результате электрического пробоя между зарядом верхней части грозового облака и экранирующим зарядом, притягиваемым к верхушке облака. Модель предсказывает, что они должны возникать через 5-10 секунд после того, как наземный или внутриоблачный разряд создаст резкий дисбаланс заряда в облаке. Сверхмолнии же образуются как обычный внутриоблачный разряд между зарядом средней и верхней частей грозового облака, который продолжает распространяться вверх от облака.

Исследователи считают, что их модель может использоваться для предсказания того, какими типами молний будет сопровождаться гроза.
http://www.lenta.ru/news/2008/03/24/lightning/

[Agent 007]

Крысы усваивают правила поведения

Английские психологи провели серию экспериментов и доказали, что крысы способны обобщить собственный жизненный опыт и вести себя в соответствии с выведенными из опыта правилами. Обычно модели поведения и обучения у животных предполагают непосредственные реакции на тот или иной стимул и выработку условных рефлексов. И только для человека и высших приматов свойственно выведение из опыта правил поведения для гипотетических обобщенных ситуаций. Оказывается, крысы тоже вырабатывают схемы поведения наряду с условными рефлексами.

Психологи Робин Мёрфи (Robin Murphy) и Эстер Мондрагон (Esther Mondragón) из Университетского колледжа в Лондоне, а также Виктория Мёрфи (Victoria Murphy) из Оксфордского университета исследовали способность крыс к выработке общих схем поведения. Сама по себе эта задача родилась из более конкретных вопросов лингвистического свойства.

Известно, что человек обучается языку, усваивая не только и не столько конкретные слова, сколько грамматические правила построения предложения. И уж потом нанизывает на усвоенные конструкции предложений слова и словосочетания. Такой принцип обучения — с помощью выведения правил из предшествующего опыта — свойственен человеку. Животным же (не считая высших приматов) и птицам не удается выучить человеческие грамматические правила. Потому ли, что животные не могут запоминать длинную череду звуковых сигналов, каковой с формальной точки зрения является речь? Или потому, что речь, по сути, является сводом общих правил, вывести которые животное не может?

На первый из этих вопросов авторы исследования ответили еще четыре года назад. Они показали, что крысы вырабатывают условные рефлексы на триады разночастотных звуков или на триады световых мпульсов, так что дело тут не в неспособности животных реагировать на череду сигналов. Так что ученые занялись поиском ответа на второй вопрос. Но сформулировали они этот вопрос несколько шире: могут ли вообще млекопитающие выводить общие правила и схемы поведения вместо закрепленных нервной системой безусловных и условных рефлексов?

Очевидно, что знать правило для решения однотипных задач предпочтительнее, чем выучить все задачи на данное правило. Человек и другие высшие приматы выводят правила поведения, ориентируясь на свой жизненный опыт: выведение общих правил — это необходимая составная часть их обучения. Считалось, что другие животные просто не способны к построению подобных абстрактных поведенческих схем. Но это мнение удалось опровергнуть несложными экспериментами на крысах.

Крыс обучили реагировать на триады звуков A–B–A и B–A–B, составленные из двух тонов разной частоты: A = 3,2 кГц, B = 9 кГц (то есть 3,2–9–3,2 кГц и 9–3,2–9 кГц). Эти звуковые серии сопровождались пищевым подкреплением, а другие серии — A–A–B, или B–B–A, или A–B–B, или B–A–A — не подкреплялись. Крыса, у которой условный сигнал сформировался, услышав нужную триаду, бежала к кормушке, не дожидаясь, пока кормушку наполнят. Крыса, которая не реагировала на сигнал, к кормушке не бежала, пока корм там не появится. Поэтому мерилом реакции крыс на сигнал служило то время, которое крыса проводила, засунув нос в кормушку до появления там пищи.

Ученые отметили, что две крысы так и не научились различать звуки и заранее бежать к кормушке, и этих двух исключили из экспериментальной группы (видно, и среди умных крыс встречаются олухи). Таким образом, экспериментальная группа обучилась различать две конкретные звуковые серии. Но что это — запоминание конкретных звуковых последовательностей или выработка правила «беги к кормушке, если средний звук отличается от крайних»? Чтобы понять это, экспериментальной группе крыс предъявили серии из звуков двух других частот: C = 12,5 кГц и D = 17,5 кГц — всего 6 триад. Из этих триад две 12,5–17,5–12,5 кГц и 17,5–12,5–17,5кГц соответствуют «правилу»: средний звук отличается от крайних (то есть C–D–C или D–C–D, что соответствует правилу точно так же, как A–B–A или B–A–B ) — и четыре триады не соответствуют.

Крысы реагировали на новые звуки весьма осмысленно: правильные триады отличали от неправильных и бежали за пищей. Когда крысам снова включили звук с первоначальными частотами, то они снова оказались у кормушек, демонстрируя, что они эти частоты помнят и схема их поведения осталась в рабочем состоянии. Это означает, что крысы способны вывести обобщенную поведенческую схему и применять ее при встрече с незнакомыми стимулами.

Из экспериментов, подобных этому, всё больше становится понятно, что абстрактное мышление — это не специфически человеческая черта: к абстрактному мышлению в той или иной мере способны и другие млекопитающие.

http://elementy.ru/news/430695

[Rise]

50190

Физики создали сверхизолятор
Один из известных сверхпроводников – нитрид титана – при определенных условиях может менять свои свойства на противоположные: приобретать не бесконечно малое, а бесконечно большое сопротивление, становясь таким образом "сверхизолятором", сообщает журнал Nature.

По мнению ведущего автора исследования Валерия Винокура из Аргоннской национальной лаборатории США, сверхизолятор, совершенно не проводящий ток, потенциально может использоваться, например, в батарейках – для удержания заряда.

В сверхпроводниках ток может распространяться без сопротивления за счет того, что электроны объединяются в так называемые куперовские пары, совокупность которых ведет себя как единый квантовый объект. Если, однако, сверхпроводник расплющить в плоскую пленку зернистой структуры, то этот объект будет разъединен: куперовские пары образуют "лужицы", разделенные изолирующими участками – джозефсоновскими переходами. Сверхпроводник при этом сохранит свои свойства, так как куперовские пары могут преодолевать джозефсоновские переходы за счет квантового туннелирования.

При температурах, очень близких к абсолютному нулю, джозефсоновские переходы могут переставать пропускать электроны, тем самым полностью блокируя течение тока. Винокур и его коллеги показали, что в сильном магнитном поле (индукция 0,9 тесла) пленка нитрида титана может достигать такого сверхизолирующего (антисверхпроводящего) состояния даже при высоких (сравнительно высоких, разумеется) температурах (70 микрокельвинов).

Исследователи неслучайно называют сверхизолируюшее состояние антисверхпроводящим: по их мнению, эффект вызывается изменением некоторых свойств сверхпроводника на противоположные, таким образом, сделать сверхизолятор из материала, который не является сверхпроводником, невозможно. Эти выводы, однако, вызывают у других специалистов сомнение, отмечает журнал Physics World.
http://www.lenta.ru/news/2008/04/03/insulator/

[Rise]

51573

Физики научились лазером вызывать молнии
Французские, швейцарские и немецкие физики смогли увеличить количество электрических разрядов в грозе, создавая при помощи мощного лазера плазменные шнуры в атмосфере. Статья с описанием эксперимента опубликована в журнале Optics Express.

Жером Каспарян и его коллеги разместили на пике Саут-Бэлди (South Baldy Peak, буквально – Южный лысый пик) в штате Нью-Мехико, США, на высоте 3209 метров над уровнем моря лазерную установку Teramobile – мощный переносной лазер, созданный французско-немецкой коллаборацией специально для атмосферных исследований.

В течение двух гроз, произошедших с интервалом в сутки, установка каждую десятую долю секунды "стреляла" в небо мощными лазерными импульсами очень небольшой длительности: около ста пятидесяти фемтосекунд (фемтосекунда – 10-15 секунды). Электрическая активность грозы регистрировалась датчиками лаборатории Ленгмюра (Langmuir Laboratory), расположенными на участке два на два километра вокруг лазера.

Статистический анализ данных показал, что во время импульсов наблюдалось значимое увеличение количества электрических разрядов. Импульс создавал в атмосфере плазменный канал, способный проводить электричество, что и приводило к возникновению разряда. Наземные молнии создать не удалось, но, по мнению исследователей, это также возможно, если использовать более мощный лазер или научиться создавать плазменные шнуры более эффективно.

Эксперимент показал, что создание молний с помощью лазера в принципе возможно. Теоретически такая идея обсуждается с 1970-х годов, однако недостаток мощности до сих пор не позволял получить убедительного ее подтверждения на практике.

Искусственная генерация молний позволит лучше понять природу этого явления, которое достаточно сложно исследовать в природе из-за его кратковременности, повысить безопасность самолетов и ЛЭП. Сейчас для нее используются запуски маленьких ракет, к которым присоединена проволока. Этот метод, по мнению исследователей, имеет свои недостатки: количество ракет всегда ограничено, а от запуска ракеты до возникновения разряда (если он вообще возникает) проходит несколько секунд.
http://www.lenta.ru/news/2008/04/14/thunder/

[LiO]

51649
Фазовый портрет модели хищник-жертва.
По оси абсцисс - численность жертв,
по оси ординат - численность хищников.
Иллюстрация с сайта keldysh.ru


Биологи миниатюризировали хищников и жертв

Биоинженер Линчун Ю из Университета Дьюка вместе с коллегами создал бактериальную систему, которая моделирует отношения между хищником и жертвой. Бактериальная модель была создана для изучения влияния количества жертв и хищников на динамику всей экосистемы. Результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Molecular Systems Biology.

Для создания модели исследователи использовали кишечную палочку Escherichia coli. Они "перепрограммировали" ее геном и создали систему, состоящую из двух взаимозависимых популяций E. coli: популяции "хищников" и популяции "жертв".

В разработанной учеными системе бактерии-"хищники" не поедали бактерий-"жертв". Популяции контролировали численность друг друга, влияя на уровень самоубийств "соседа".

Если число бактерий-"жертв" падало ниже определенного уровня, у "хищников" включался так называемый ген самоубийства, который приводил к их смерти. Сокращение численности "хищников" вызывало активное размножение "жертв". Увеличившись в числе, "жертвы" начинали выделять в среду реагент, который при достижении высокой концентрации стимулировал ген-антидот бактерий-"хищников". Продукт этого гена прекращал действие гена самоубийства.

Соответственно, после включения гена-антидота число "хищников" начинало возрастать. После того, как количество "хищников" превышало некий заданный уровень, они начинали вырабатывать реагент, который, проникая в клетки "жертв", включал ген, продукт которого убивал их.

Созданная модель не является точным воспроизведением отношений хищник-жертва в природе. В "обычных" популяциях жертва не останавливает самоубийство хищников, а становится их пищей. Кроме того, бактериальные "хищники" и "жертвы" конкурируют за одну и ту же пищу. Тем не менее, авторы модели полагают, что она может стать полезным инструментом для биологов.

"Существует практически неограниченное число способов изменять параметры этой системы для того чтобы исследовать влияние различных факторов среды на динамику развития популяций", - отмечает Линчун Ю. Разработанную систему теоретически можно приспособить для моделирования существенно более сложных экосистем.
http://www.lenta.ru/news/2008/04/14/model/

[Agent 007]

Сульфид мышьяка образует три разных жидкости

Эксперименты российских и японских физиков показали, что одно и то же вещество — сульфид мышьяка — при разных давлениях образует три разных жидкости: молекулярную, полимерную и металлическую.

52186
Внешний вид (вверху) и кристаллическая структура (внизу) реальгара при нормальных условиях (изображение с сайта en.wikipedia.org (http://en.wikipedia.org/wiki/Realgar))

Известная со школьной скамьи тройка агрегатных состояний «твердое тело—жидкость—газ» даже близко не отражает то богатство фаз (то есть вариантов микроскопического устройства), которые может иметь одно и то же вещество при разных давлениях и температурах. Для многих веществ совершено обычна ситуация, когда они при обычном давлении имеют одну кристаллическую решетку, а при давлении в десятки тысяч атмосфер вдруг перестраивают ее в другую, более компактную. Происходящие при этом изменения могут быть даже заметны невооруженным глазом; один из самых красивых примеров такого превращения — твердый кислород, который при давлении выше 80 тысяч атмосфер приобретает кроваво-красный цвет.

Если вернуться к нормальному давлению и теперь нагреть вещество, то оно расплавится. Возникает естественный вопрос — что будет происходить с этим расплавом, если при высокой температуре постепенно повышать давление? Будет ли он оставаться «просто жидкостью», или же будут происходить превращения между разными вариантами этой жидкости?

В последние годы этот вопрос активно изучается с самых разных сторон. Он интересен как экспериментаторам (чем именно отличаются эти жидкости, могут ли они сосуществовать друг с другом, встречаются ли такие ситуации в природе), так и теоретикам (как научиться теоретически предсказывать наличие нескольких жидких фаз, как они зависят от межмолекулярных сил). Многочисленные эксперименты последних лет действительно показали, что у некоторых простых жидкостей (фосфор, сера, висмут, некоторые оксиды и галогениды) существует переход между «легкой» и «тяжелой» (то есть более плотной) формами жидкости. На сегодняшний момент таких веществ набралось уже свыше десятка.

И вот взят новый рубеж. В недавней работе российских исследователей из Института физики высоких давлений (ИФВД) в Троицке и их японских коллег из Центра синхротронного излучения SPring-8, опубликованной в журнале Physical Review Letters, описывается вещество-рекордсмен — сульфид мышьяка, у которого есть три разных жидкости!

Сульфид мышьяка AsS при обычных давлениях образует минерал реальгар. Кристаллическая решетка у него необычная — она образована не атомами, а целыми молекулами As4S4 (см. рисунок). При повышении давления кристаллический реальгар перестраивает решетку и превращается в хорошо известную фазу AsS(II). Кроме этого, авторы работы обнаружили, что в узком диапазоне давлений и температур (около 28 тысяч атмосфер и 500°C) возникает третья кристаллическая разновидность, AsS(III). Подробные данные по этим кристаллическим фазам авторы обещают представить в будущей публикации, поскольку данная статья была посвящена изучению расплава AsS.

Расплав реальгара при невысоких давлениях — это молекулярная жидкость с умеренной вязкостью. Однако сжав эту жидкость давлением около 20 тысяч атмосфер, физики заставили ее полимеризоваться, из-за чего многократно возросла ее вязкость. Структурные изменения легко обнаружимы с помощью рассеяния на малые углы синхротронного излучения, получаемого на SPring-8. Наконец, при еще более высоком давлении, около 50 тысяч атмосфер, расплав превращается в жидкость с очень малой вязкостью. Более того, опыты по пропусканию электрического тока показали, что в этот момент сильно, в сотни раз, возрастает электрическая проводимость расплава. Иными словами, расплав становится металлической жидкостью.

Схематический вид фазовой диаграммы сульфида мышьяка. Серые линии показывают примерные границы фаз (рисунок автора заметки)
Схематический вид фазовой диаграммы сульфида мышьяка. Серые линии показывают примерные границы фаз (рисунок автора заметки)

Обнаружив эти три формы жидкости, физики заинтересовались: что с ними произойдет при резком охлаждении, но постоянном давлении? Оказалось, что обычная жидкость при низком давлении возвращалась в обычный поликристаллический минерал реальгар, металлическая жидкость при высоком давлении кристаллизовалась в AsS(II), а вот вязкая полимерная жидкость при резком остывании не успевала кристаллизоваться и застывала в стеклообразном состоянии.

Эти данные наводят на очень интересные размышления. Авторы справедливо обращают внимание на некую симметричность получившейся диаграммы состояний (она называется фазовой диаграммой вещества): последовательность жидких фаз выше линии плавления примерно повторяет последовательность кристаллических фаз ниже нее. По мнению авторов, это совсем не случайное совпадение; более того, сотрудники троицкого ИФВД уже неоднократно высказывали мысль о том, что такая ситуация должна встречаться у многих веществ и, может быть, даже является новым универсальным законом природы.

Авторы, впрочем, замечают, что свои выводы о вязкости расплава они получали на основании косвенных данных — по тому, успевает или нет кристаллизоваться вещество при резком охлаждении. Для подтверждения этих выводов требуются новые эксперименты с прямым измерением вязкости расплава. Ну а теоретикам тем временем предстоит придумать теорию, которая бы описывала вещество с несколькими жидкими фазами.

52187
Схематический вид фазовой диаграммы сульфида мышьяка. Серые линии показывают примерные границы фаз (рисунок автора заметки)

http://elementy.ru/news/430709

[Agent 007]

Белок–регулятор индивидуального развития управляет движением раковых клеток

Белок Wnt, универсальный регулятор индивидуального развития животных, придает полярность и способность к направленному движению не только клеткам развивающегося эмбриона или регенерирующей конечности, но и раковым клеткам. Эксперименты показали, что белок Wnt оказывает поляризующее воздействие на клетки даже в том случае, если они не контактируют с другими клетками и потому не имеют информации о своем положении относительно других клеток эмбриона или опухоли.

52193
Мутации генов из семейства Wnt могут приводить к разнообразным аномалиям — например, к редукции крыльев у мух. Фото с сайта ijm2.ijm.jussieu.fr

Регуляторный белок Wnt играет важнейшую роль в индивидуальном развитии животных. Известно, что он способен придавать полярность клеткам развивающегося эмбриона (или регенерирующей конечности), направлять их движение и влиять на ориентацию плоскости деления. Этот белок необходим, например, для развития конечностей у зародышей позвоночных, а также для регенерации. Он задает направление передне-задней оси эмбриона червя Caenorhabditis elegans: одна из клеток эмбриона (бластомер P2), выделяя белок Wnt, тем самым заставляет близлежащие клетки формировать задний конец тела червя. Если удалить бластомер P2, остальные клетки эмбриона образуют аморфный комок без передне-задней оси. Однако даже кратковременного контакта бластомера P2 с любой частью эмбриона достаточно, чтобы эта часть начала превращаться в хвост животного.

Биологи прикладывают большие усилия, чтобы разгадать механизм действия белка Wnt, однако он пока остается во многом неясным. В частности, до сих пор не удавалось точно установить, достаточно ли для поляризации клетки одного лишь присутствия белка Wnt в окружающей среде или необходим также контакт с другими зародышевыми клетками, благодаря которому данная клетка может определить свою позицию относительно других частей эмбриона.

Чтобы ответить на этот вопрос, американские биологи поставили ряд экспериментов по воздействию белка Wnt на изолированные, разрозненные клетки. Использовались клетки человеческой меланомы. Ранее было установлено, что белок Wnt активно синтезируется клетками злокачественных опухолей. Вполне логично было предположить, что этот универсальный регулятор индивидуального развития может направлять также и рост опухолей и образование метастазов.

Оказалось, что под воздействием белка Wnt в разрозненных, не контактирующих друг с другом клетках меланомы происходит активное перераспределение целого ряда белков, о которых ранее было известно, что они тем или иным образом участвуют в движении клеток, межклеточных взаимодействиях, а также в развитии злокачественных опухолей. Чтобы проследить за передвижениями различных белков внутри клетки, ученые либо метили их, присоединяя к соответствующим генам гены флуоресцирующих белков, либо определяли их локализацию при помощи меченых антител, избирательно связывающихся с тем или иным белком. Дело это очень трудоемкое, и исследователи, конечно, не могли проследить за всеми белками, имеющимися в клетке. Были проверены лишь наиболее «перспективные кандидаты», участие которых в регуляторных каскадах с участием Wnt или в направленных передвижениях клеток было установлено ранее (или хотя бы предполагалось).

Постепенно, шаг за шагом, вырисовалась следующая картина. Под воздействием белка Wnt на одном из концов клетки довольно быстро — в течение нескольких минут — образуется сложный молекулярный комплекс, который авторы назвали W-RAMP (Wnt5a-mediated receptor–actin–myosin polarity structure). Одним из участников комплекса является белок MCAM (melanoma cell adhesion molecule) — рецептор из семейства иммуноглобулинов, который играет важную роль в развитии меланомы. Подобные рецепторы регулируют межклеточные контакты и взаимодействия и могут принимать участие, например, во внедрении раковых клеток в ткани организма, что ведет к образованию метастазов. В состав комплекса W-RAMP входит целый ряд других белков, и в том числе структуры, образованные актином и миозином — белками, обеспечивающими подвижность клетки.

После того как на одном из полюсов клетки образуется комплекс W-RAMP, аппарат Гольджи перемещается к противоположному полюсу (известно, что у поляризованных движущихся клеток аппарат Гольджи обычно находится впереди). Там, где формируется комплекс W-RAMP, клеточная мембрана начинает сокращаться, втягиваться внутрь. Клеточное ядро при этом смещается вперед — тем самым запускается процесс медленного движения клетки в сторону, противоположную той, на которой сформировался комплекс W-RAMP.

Таким образом, под воздействием белка Wnt клетки меланомы приобретают полярность. У них образуется передний и задний конец, и они начинают куда-то ползти. В каком именно месте клетки возникнет комплекс W-RAMP и куда в конечном итоге поползет клетка — зависит уже не от белка Wnt, а от других факторов, в частности от градиента концентраций белков-цитокинов, таких как CXCL12.

Исследователи заметили, что комплексы W-RAMP иногда образуются также и в клетках, не обработанных белком Wnt. Этого следовало ожидать, поскольку, как говорилось выше, раковые клетки сами синтезирует некоторое количество Wnt. Дополнительные эксперименты показали, что если в клетках меланомы отключить ген белка Wnt, «самопроизвольное» образование комплексов W-RAMP полностью прекращается — и снова начинается, если обработать клетки белком Wnt.

Данное исследование представляет собой важный шаг к пониманию механизма действия белка Wnt — ключевого регулятора индивидуального развития, который к тому же играет важную роль в регенерации и канцерогенезе. Стало ясно, что белок Wnt способен поляризовать клетки и стимулировать их направленное перемещение даже в том случае, если клетки не контактируют друг с другом и поэтому не могут ничего «знать» о своем положении относительно других клеток эмбриона, регенерирующей конечности или раковой опухоли.

52194
Под воздействием белка Wnt на одном из концов клетки меланомы формируется молекулярный комплекс W-RAMP (светлое пятно, отмеченное красной стрелкой). Вскоре после этого, на 9-й минуте эксперимента, происходит втягивание мембраны. Фото из обсуждаемой статьи в Science

http://elementy.ru/news/430710

[Rise]

52737

Химики заставили благородный газ вступить в очередную реакцию
Химикам удалось синтезировать и изучить новую молекулу, содержащую благородный газ ксенон. HXeOXeH, возможно, является самой легкой молекулой с двумя атомами ксенона, сообщает международный коллектив в статье, опубликованной в журнале Journal of American Chemical Society.

Благородные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, унуноктий) химически инертны, поскольку внешняя электронная оболочка у них полностью заполнена. Тем не менее, при определенных условиях некоторых из них можно заставить вступить в реакцию и образовать устойчивое соединение.

Первое соединение ксенона – XePtF6 – было получено в 1962 году. Для получения соединений, содержащих молекулы благородных газов, часто использовался именно фтор, так как с ним они реагируют наиболее охотно. Тем не менее, отмечает группа Хрящева, в последние годы наблюдается повышенный интерес к "бесфторовой" химии благородных газов.

Недавно было получено 22 молекулы вида HNgY (Ng – благородный газ, Y – электроотрицательный элемент): HXeCl, HXeI, HKrC3N и так далее. Общий метод их получение – фотолиз (разрушение под воздействием света) предшественника HY на низкотемпературной матрице из благородного газа и последующее нагревание.

Леонид Хрящев и его коллеги применили этот подход, взяв в качестве HY воду, вспомогательного вещества – N2O. Фотолиз проводился с помощью ультрафиолетового света при 9 кельвинах, побочные продукты удалялись нагреванием до 45 кельвинов. Получившаяся молекула, HXeOXeH, по их собственному замечанию, содержит молекулу воды и два атома ксенона. Ее наличие было зафиксировано с помощью ИК-спектроскопии, наблюдавшиеся свойства совпадают с теоретически предсказанными.

По мнению исследователей, создание этой молекулы может стать первым шагом к синтезу цепей (Xe-O) n. Ее изучение должно позволить лучше понять свойства ксенона и, возможно, решить "ксеноновую проблему": малое содержание ксенона в природе.
http://www.lenta.ru/news/2008/04/22/xenon/

[Rise]

53026

В неделю на рынке появляется три-четыре новых "нанотехнологичных" изделия
Средняя скорость появления на рынке "нанотехнологичных" потребительских товаров в последние два года составляет 3-4 изделия в неделю, сообщает "Проект по отслеживанию развития нанотехнологий" (Project on Emerging Nanotechnologies, PEN) в своем пресс-релизе.

Расчет основан на перечне "нанотехнологичных" товаров, составляемых PEN. В марте 2006 перечень содержал 212 изделий, сейчас, по данным пресс-релиза, 609 (в самом перечне указывается, что 610).

Составители перечня не приводят строгого определения "нанотехнологичного" изделия и опираются в основном на описания производителей. Как правило, попадающие в перечень изделия содержат объекты размером не более 100 нанометров. Составители отмечают, что перечень не претендует на полноту.

Больше всего "наноизделий" (60 процентов) приходится на рубрику "Здоровье, гигиена, красота, спорт". Самым распространенным веществом, измельчающимся до наночастиц, является серебро (20 процентов изделий). Следующее место занимает углерод (разные его изомеры). Также производители упоминают цинк (в том числе оксид цинка), титан (в том числе оксид титана), кремний и золото.

В выступлении перед комиссией Сената США директор PEN Дэвид Реджески (David Rejeski) отметил необходимость повысить уровень общественного доверия к нанотехнологиям, иначе в будущем эта отрасль может оказаться в экономическом кризисе.
http://www.lenta.ru/news/2008/04/24/nano/

[Rise]

53158
A – обычная целлюлозная бумага, B – бумага из однослойных углеродных нанотрубок, D – бумага из многослойных углеродных нанотрубок (использовался сканирующий электронный микроскоп), C – бумага из многослойных углеродных нанотрубок (использовался атомно-силовой микроскоп). Изображение из журнала Science.

Создан материал с уникальным поведением при растяжении
Бразильские и американские ученые создали бумагу из углеродных нанотрубок, которая при растяжении в продольном направлении может как сужаться, так и расширяться в поперечном направлении, сообщает Physics World со ссылкой на статью в журнале Science.

Большинство веществ при растяжении уменьшаются в поперечном направлении. Соотношение изменений размеров описывается коэффициентом Пуассона: отношением поперечного сжатия к продольному растяжению. Коэффициент, как правило, положителен. Для пробки он примерно равен нулю, для большинства видов стали – 0,3, для резины – почти 0,5 (это максимальное значение).

Существуют, однако, и материалы с отрицательным коэффициентом Пуассона, то есть такие, которые при растяжении, вопреки ожиданиям, "утолщаются". Такие материалы называются ауксетическими, к ним относятся некоторые виды горных пород и тканей живых организмов.

Бразильско-американская группа обнаружила, что ауксетичность присуща бумаге, сделанной из углеродных нанотрубок (buckypaper) – тонким листам, технология производства которых похожа на технологию производства обычной бумаги. Более того, бумага, в зависимости от своего состава, может иметь как положительный, так и отрицательный коэффициент Пуассона.

Бумага состоит из однослойных и многослойных нанотрубок, многослойная трубка как бы содержит несколько концентрических однослойных. Увеличение доли многослойных нанотрубок в сырье вызывало резкое изменение коэффициент Пуассона в бумаге: с 0,06 до -0,20. У такой бумаги также повышалась тягучесть и прочность. Исследователи разработали математическую модель, объясняющую такое поведение бумаги.

Ученые надеются, что материал с такими свойствами можно будет применять для изготовления уплотнительных прокладок, искусственных мышц и специальных датчиков.
http://www.lenta.ru/news/2008/04/25/buckypaper/

[robin]

Впервые получено уникальное видео морского дна

В Японском море успешно прошли испытания новейших подводных телеуправляемых аппаратов «Обзор-150м» и «Фалкон-1000м», которые предназначены для глубинных исследований, пишет Росбалт.
На глубине 550 метров учеными были сняты видеоролики. Отметим, что ранее на такую глубину в Японском море не опускались водолазы и какие-либо технические средства, а ученым были доступны только фотографии дна.

http://science.km.ru/magazin

[Rise]

55163

США способны довести долю ветряной энергетики до 20 процентов
Министерство энергетики США опубликовало отчет, в котором утверждается, что к 2030 году использование энергии ветра сможет покрыть потребность страны в электроэнергии на 20 процентов.

Отчет составлен объединенными усилиями министерства, нескольких исследовательских лабораторий и целого ряда промышленных предприятий. Авторы показывают, что, увеличивая долю ветряной энергетики, можно значительно уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу.

К 2030 году можно будет "сэкономить" 7,6 гигатонны выбросов, а начиная с 2030 – по 825 миллионов тонн ежегодно. Напомним, что к 2050 году США планируют сократить выбросы парниковых газов на 60 процентов.

Составители считают, что для развития ветряной энергетики потребуются усилия, однако необходимости в значительных технологических прорывах нет. Стоимость электроэнергии, получаемой с помощью ветра, окажется сравнительно невысокой (около 0,5 цента за киловатт-час). Расход определенных материалов возрастет, однако в целом недостатка необходимого сырья (меди, стекловолокна и так далее) не ожидается.

Необходимо, однако, будет провести много новых линий электропередачи, а также значительно увеличить количество устанавливаемых в год ветротурбинных генераторов – до 7000 (в 2006 году было установлено 2000).

На данный момент ветряная энергия составляет около одного процента от энергопотребления США, причем за последний год ее производство увеличилось на 45 процентов.
http://www.lenta.ru/news/2008/05/13/wind/

[LiO]

56599
Хромосомы женщины. Изображение
с сайта genetics.com.au

Ученые впервые расшифровали
индивидуальный геном женщины

Ученые из Лейденского университета объявили о завершении расшифровки генома их коллеги Марджолен Крик (Marjolein Kriek), сообщает Associated Press. Крик стала первой женщиной, чей геном был полностью расшифрован.

В ближайшее время исследователи планируют проверить свои результаты, а после этого опубликовать их в одном из рецензируемых журналов.

До настоящего момента на Земле было только два человека, чьи индивидуальные геномы были полностью расшифрованы. Первым стал Крейг Вентер - биолог, основатель корпорации Celera Genomics, благодаря которой проект "Геном человека" был завершен в 2001 году. Второй человек, ДНК которого была расшифрована, - Джеймс Уотсон, один из авторов модели двойной спирали ДНК.

Геном, расшифрованный в рамках проекта "Геном человека", не является последовательностью ДНК конкретной личности. Полученная последовательность составлена из расшифрованных отрезков ДНК четырех человек: двух мужчин и двух женщин.
http://www.lenta.ru/news/2008/05/27/genome/

[Agent 007]

Искусственные протоклетки синтезируют ДНК без помощи ферментов

58426
Гипотетическая простейшая протоклетка, питающаяся готовой органикой. Мембрана протоклетки растет за счет включения подходящих молекул из внешней среды. Делится протоклетка простым «разваливанием пополам» под действием внутренних или внешних физических сил. Основную «пищу» ее составляют активированные нуклеотиды. Они просачиваются сквозь мембрану и используются для самопроизвольного (неферментативного) размножения молекул нуклеиновых кислот (РНК, ДНК или каких-то их ранних модификаций). Рис. из обсуждаемой статьи в Nature

Американские биологи сделали важный шаг к пониманию начальных этапов зарождения жизни. Им удалось создать «протоклетку» с оболочкой из простых липидов и жирных кислот, способную втягивать из окружающей среды активированные нуклеотиды — «кирпичики», необходимые для синтеза ДНК. Протоклетка не может самостоятельно осуществлять матричный синтез (репликацию) ДНК от начала и до конца, но успешно справляется с важнейшими этапами этого процесса, причем все реакции идут без участия каких-либо белков или других сложных биологических молекул-катализаторов.

Один из ключевых аспектов проблемы происхождения жизни — это вопрос о том, какой тип обмена веществ был у первых живых организмов. Одни ученые, следуя за академиком А. И. Опариным, считают, что первые «протоклетки» были гетеротрофами, то есть потребителями готовой органики, растворенной в водах древних водоемов (теория «первичного бульона»). Или, может быть, жизнь зародилась в трещинах и полостях горных пород или в гидротермальных источниках, где пищей первым организмам служила органика, образующаяся в недрах Земли (на такую возможность намекает, в частности, материал, изложенный в нашей заметке На глубине 1626 м под уровнем морского дна обнаружена богатая микробная жизнь, «Элементы», 28.05.2008).

Другие эксперты считают более вероятным, что первые организмы были автотрофами, то есть не нуждались в готовой органике и синтезировали ее сами из углекислого газа и других простых веществ, используя для этого энергию окислительно-восстановительных реакций (хемоавтотрофы) или света (фотоавтотрофы). Впрочем, идея о первичности фотоавтотрофов представляется сомнительной, поскольку данные сравнительной геномики убедительно свидетельствуют о более позднем появлении фотосинтеза по сравнению с некоторыми типами хемоавтотрофного метаболизма, такими как метаногенез и анаэробное окисление метана.

Молекулярные данные, однако, пока не дают внятного ответа на вопрос о том, кто появился раньше — гетеротрофы или хемоавтотрофы. В пользу первичности гетеротрофов свидетельствует, прежде всего, тот очевидный факт, что их обмен веществ в целом устроен проще. Использовать готовую органику для построения собственных клеток должны уметь все живые организмы, но автотрофам нужно вдобавок эту органику самим синтезировать из простых молекул. Логично предположить, что способность к связыванию CO2 и синтезу органики развилась позже, как «надстройка» над гетеротрофным метаболизмом.

Однако выдвигаются и серьезные доводы против идеи о первичности гетеротрофов. Один из них состоит в том, что поскольку все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии, то самая первая появившаяся на планете гетеротрофная форма жизни съела бы весь первичный бульон, сколько бы его ни было, за ничтожный по геологическим меркам срок. Она бы просто не успела за это время пройти весь путь эволюционного развития, необходимый для превращения гетеротрофного организма в автотрофный. На это можно возразить, что «бульон» понемногу подпитывался органикой, образующейся, например, в ходе геохимических процессов в недрах планеты.

Другой аргумент отвести труднее. Мембраны (оболочки) современных клеток состоят из фосфолипидов, и эти мембраны практически непроницаемы для полярных и заряженных молекул, в том числе для сложных органических соединений, таких как сахара или нуклеотиды. Чтобы транспортировать эти молекулы через мембрану, у современных клеток имеется набор специальных транспортных белков. На заре жизни таких белков, конечно, не могло быть. Следовательно, протоклетка просто не могла получать сложную органику из внешней среды. Она должна была довольствоваться теми простыми неорганическими молекулами, которые способны проходить через фосфолипидную мембрану без посторонней помощи. Вывод: первые живые клетки были автотрофами.

Статья американских биологов, опубликованная 4 июня на сайте журнала Nature, представляет собой весьма успешную попытку отвести этот аргумент противников «гетеротрофной теории». Авторы исходили из того, что мембрана протоклетки вовсе не обязательно должна была состоять из тех же самых липидов, что и мембраны современных клеток. Кстати, первичным «веществом наследственности» тоже вовсе не обязательно должны были быть ДНК или РНК в их нынешней форме. Устойчивые двухслойные мембраны (и пузырьки, окруженные такими мембранами) получаются из множества различных липидов, жирных кислот, спиртов и других амфифильных соединений (то есть имеющих полярную гидрофильную «голову» и гидрофобный углеводородный «хвост»). Такие молекулы в воде сами собой могут собираться в двухслойные пленки-мембраны: гидрофобные хвосты поворачиваются внутрь, подальше от воды, а гидрофильные «головы» торчат наружу, образуя оба поверхностных слоя мембраны.

Фосфолипиды — молекулы довольно сложные. Мембраны протоклеток, скорее, должны были собираться из более простых амфифильных соединений, которые могли образовываться абиогенным путем.

Авторы изучили свойства маленьких пузырьков (размером в сотни нанометров, что сравнимо с самыми мелкими живыми клетками), окруженных мембранами из различных жирных кислот. Вначале они пытались выяснить, от чего зависит проницаемость мембран для простых органических соединений, таких как сахар рибоза (этот сахар — одна из необходимых составных частей нуклеотидов, из которых, в свою очередь, собираются молекулы РНК и ДНК). Выяснилось, что мембраны, сделанные из простых жирных кислот, пропускают рибозу немного лучше, чем фосфолипидные мембраны, но все-таки плохо.

Однако проницаемость резко возрастает, если использовать смесь жирной кислоты с моноэфиром этой же кислоты и глицерина. Многочисленные эксперименты показали, что проницаемость мембраны зависит прежде всего от формы молекул, из которых она сделана: чем больше «голова» молекулы по отношению к длине «хвоста», тем выше проницаемость. Например, у жирных кислот роль «головы» играет карбоксильная группа (–COOH), маленькая по размеру. Длинные гидрофобные «хвосты» в толще мембраны располагаются тесно и плотно слипаются друг с другом. У глицеринового эфира той же жирной кислоты роль «головы» играет молекула глицерина, гораздо более крупная. Из-за этого гидрофобные «хвосты» в толще мембраны размещаются более свободно, и вся конструкция в целом оказывается более рыхлой, текучей и подвижной. На основе проделанных экспериментов авторы предложили теоретическую модель прохождения заряженных молекул через мембраны (см. рисунок).
58425
Схема прохождения полярных или слабозаряженных молекул сквозь двухслойную липидную мембрану. Молекула сначала прилипает к гидрофильным «головкам» липидов (выделены красным). Это приводит к изменению ориентации молекул липидов. При определенных условиях липиды могут «перекувырнуться» головками на другую сторону мембраны, увлекая за собой захваченную молекулу. Рис. из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature

Авторы нашли несколько вариантов состава мембраны, при которых ее проницаемость для рибозы оказывается высокой. Дальнейшие эксперименты проводились с двумя из этих вариантов. Первый из них — смесь миристолеиновой кислоты (Myristoleic acid) с ее же глицериновым моноэфиром (glycerol monoester of myristoleic acid). Эта смесь дает устойчивые пузырьки с хорошей проницаемостью, но у нее есть один недостаток: миристолеиновая кислота содержит 14 атомов углерода и одну двойную связь, и ее присутствие в «первичном бульоне» в достаточно высоких концентрациях считается маловероятным. Второй вариант — смесь декановой кислоты (Decanoic acid) с соответствующим глицериновым моноэфиром и декановым спиртом. Эта смесь ближе к реальности (то есть к тому, что могло быть в первичном бульоне), потому что в декановой кислоте всего 10 атомов углерода и нет двойных связей.

Затем авторы приступили к изучению проницаемости этих пузырьков по отношению к активированным нуклеотидам — тем «кирпичикам», из которых клетка собирает молекулы РНК и ДНК. Если реальные протоклетки были гетеротрофами, такие нуклеотиды должны были составлять их главную «пищу». Современные клетки используют нуклеотиды с тремя присоединенными к ним остатками фосфорной кислоты (нуклеотид-трифосфаты). Однако нуклеотид-трифосфаты, как выяснилось, наотрез отказываются проходить сквозь любые липидные мембраны. Причина в том, что они несут слишком сильный отрицательный заряд. У нуклеотид-дифосфатов и нуклеотид-монофосфатов заряд меньше, и им удается пройти сквозь миристолеиновые и декановые мембраны, но из таких «кирпичиков» ДНК сама собой не синтезируется.

Однако и здесь нашелся обходной путь. Нуклеотиды можно активировать иным способом — присоединив к ним вместо трех фосфатов один фосфат и молекулу имидазола (имидазол — простое органическое соединение, широко распространенное в живой природе и представляющее собой кольцо из трех атомов углерода и двух атомов азота; имидазол является составной частью одной из 20 «канонических» аминокислот — гистидина). Нуклеотиды, активированные имидазолом, годятся для синтеза ДНК и РНК, но имеют только один отрицательный заряд, а не четыре, как нуклеотид-трифосфаты. Такие нуклеотиды уже применялись ранее в экспериментах по синтезу нуклеиновых кислот без участия ферментов.

Многие исследователи допускают, что на заре жизни для синтеза нуклеиновых кислот могли использоваться не нуклеотид-трифосфаты, как теперь, а нуклеотиды, активированные имидазолом. Такие нуклеотиды даже лучше справляются с данной работой, чем нуклеотид-трифосфаты, особенно при отсутствии белков-катализаторов. Авторы обсуждаемой статьи добавляют к этому еще одно соображение: они предполагают, что переход от нуклеотидов, активированных имидазолом, к менее эффективным нуклеотид-трифосфатам был обусловлен необходимостью предотвратить утечку нуклеотидов из клетки (нуклеотид-трифосфаты, как мы помним, сквозь мембраны не проходят). Это, конечно, произошло уже тогда, когда клетки научились сами синтезировать строительные блоки для синтеза нуклеиновых кислот и перестали «всасывать» их извне.

Как и ожидалось, нуклеотиды, активированные имидазолом, достаточно свободно проходили сквозь миристолеиновые и декановые мембраны. Этот успех вдохновил авторов на попытку создания искусственной протоклетки, которая «питалась» бы активированными нуклеотидами и осуществляла матричный синтез (репликацию, копирование, размножение) молекул ДНК или РНК без помощи ферментов.

На сегодняшний день химики уже добились кое-каких успехов в изучении неферментативной репликации нуклеиновых кислот. Однако условия, необходимые для прохождения полного цикла репликации без помощи белков, пока еще не удалось подобрать. Остались две главные нерешенные проблемы. Во-первых, пока не найдены условия, в которых шел бы сам собой матричный синтез любой молекулы ДНК или РНК независимо от последовательности нуклеотидов в матрице. Одни последовательности удается реплицировать, другие нет. Во-вторых, чтобы процесс самопроизвольной репликации начался, нужна «затравка» — праймер. Это значит, что если взять простую одноцепочечную молекулу ДНК или РНК, то на такой матрице без помощи ферментов репликация не начинается. Начинать ее приходится все-таки с использованием ферментов. Но если часть нуклеотидов второй (комплементарной) цепочки уже стоит на своих местах, то процесс репликации может в определенных условиях продолжаться без помощи ферментов. И это уже немало.

Если бы полный цикл неферментативной репликации НК был уже открыт, то авторы обсуждаемой статьи, видимо, подошли бы вплотную к созданию настоящего живого организма. Ну а пока им пришлось довольствоваться тем, что есть. Они взяли короткие молекулы ДНК с затравкой и с недореплицированным «хвостиком», состоящим из 15 нуклеотидов Ц (цитидинов). Молекулы были помещены внутрь мембранных пузырьков.

Эти пузырьки с начинкой — модельные протоклетки — поместили в среду, оптимальную для неферментативного синтеза ДНК (pH 8,5, температура 4°C, плюс еще два простых органических соединения, теоретически совместимых с представлениями о первичном бульоне). После этого протоклетки стали получать «пищу» — активированные нуклеотиды. Официальное название «корма»: 2'-амино-2',3'-дидеоксигуанозин-5'-фосфоримидазол. Время от времени часть протоклеток извлекалась из раствора, чтобы посмотреть, как идет репликация.

Шла она хорошо, хоть и медленно. В конце концов все протоклетки справились с задачей, то есть закончили репликацию недореплицированных молекул ДНК, пристроив к каждому из 15 цитидинов (Ц) комплементарный ему гуанозин (Г). На это у них ушло 24 часа, по 96 минут на нуклеотид. В настоящих живых клетках репликация ДНК осуществляется в десятки миллионов раз быстрее, но ведь там есть сверхэффективные катализаторы — ферменты.

Полученные результаты показывают, что первые живые клетки все-таки могли быть гетеротрофами. А еще они показывают, что уже в самом ближайшем будущем ученые, по-видимому, смогут воспроизвести в лаборатории все ключевые этапы зарождения жизни из неживой материи.

http://elementy.ru/news/430749

[Agent 007]

Люди не способны правильно оценивать впечатление, производимое ими на окружающих

Люди систематически ошибаются, когда пытаются оценить впечатление, производимое ими на других. Одна из важных причин состоит в том, что каждый человек знает о себе больше, чем окружающие, и невольно учитывает эту «закрытую» информацию, когда пытается взглянуть на себя чужими глазами. По-видимому, это коренной недостаток нашего «социального интеллекта», справиться с которым не удается даже тогда, когда неосведомленность окружающих о нашем «персональном контексте» совершенно очевидна и полностью осознается нами.

Одно из любопытнейших направлений современной экспериментальной психологии — это изучение различных несовершенств нашего мышления, систематических ошибок, которые мы совершаем в самых, казалось бы, простых и очевидных ситуациях. Подобные исследования как нельзя лучше показывают, что человеческий разум — далеко не «верх совершенства», и эволюции тут еще есть над чем поработать.

Особенно много досадных «сбоев» дает наш мыслительный аппарат в процессе общения с другими людьми. Мы склонны переоценивать себя и недооценивать собеседника, мы систематически неверно судим о способностях, шансах на успех, перспективах карьерного роста и личных качествах — как чужих, так и своих собственных.

В некоторых случаях такие ошибки теоретически могут иметь некий адаптивный смысл, то есть быть отчасти полезными (в качестве примера можно привести хорошо известный феномен завышенного оптимизма по отношению к собственным возможностям и перспективам). Другие сбои «социального интеллекта» не приносят ничего, кроме неприятностей, конфликтов и стрессов.

Каждый человек объективно заинтересован в том, чтобы правильно оценивать впечатление, производимое им на окружающих. Возможно, это одна из главных мыслительных задач, стоявших перед нашими предками с древнейших времен. Без этой способности едва ли можно рассчитывать на повышение собственного статуса (и на репродуктивный успех) в сложно устроенном коллективе приматов. И если естественный отбор за миллионы лет так и не сумел «настроить» наши мозги на эффективное решение данной задачи, то объяснить это можно лишь тем, что задача оказалась почему-то очень сложной. Или, может быть, оптимизация мозга в этом направлении вступает в конфликт с другими важными ментальными функциями.

Обычно мы судим о других «по себе», этот принцип лежит в основе нашего социального интеллекта. Во многих случаях такая стратегия неплохо работает, но в данной ситуации она оказывается малоэффективной. Основную причину психологи видят в том, что человек располагает разнокачественными наборами данных о себе и окружающих: себя он воспринимает изнутри, со всеми своими мыслями, желаниями, мотивами, воспоминаниями и фантазиями, а других видит только «снаружи», и судить о них может лишь по внешним проявлениям: поступкам, словам, манерам и т. п. И хотя мы прекрасно понимаем, что часть информации о нашей личности для собеседника закрыта, тем не менее учесть это понимание в оценке производимого нами впечатления нам удается, мягко говоря, не всегда. Мы невольно — и порой вопреки всякой логике и очевидности — «перекладываем» в голову стороннего наблюдателя свои собственные знания, которыми тот явно не располагает.

Американские психологи в серии из четырех простых экспериментов очень четко продемонстрировали этот досадный сбой (как сказали бы компьютерщики, «глюк») нашего мыслительного аппарата. В экспериментах приняли участие четыре больших группы добровольцев — студентов различных американских университетов.

В первом эксперименте каждому испытуемому предлагали дважды сыграть в дартс: первый раз — потренироваться без свидетелей, второй — проделать то же самое в присутствии зрителей (незнакомых людей). Испытуемый затем должен был оценить по десятибалльной шкале, какое впечатление, по его мнению, он произвел на публику. Он должен был также оценить степень собственной удовлетворенности своим выступлением. Зрители, в свою очередь, должны были по той же десятибалльной шкале оценить мастерство выступавшего.

Статистическая обработка полученных данных показала, что оценка испытуемым произведенного им впечатления сильно коррелирует, во-первых, с тем, лучше или хуже он выступил перед публикой, чем во время тренировки, во-вторых, с его собственной субъективной оценкой своего выступления (выступил ли он лучше или хуже, чем сам ожидал). Участники, выступившие перед публикой лучше, чем во время приватной тренировки, ожидали от зрителей более высоких оценок независимо от показанного результата. Оценки зрителей, естественно, зависели только от показанного результата и не коррелировали ни с самооценкой выступавшего, ни с его результатом во время тренировки (которую никто из них не видел). Таким образом, испытуемый фактически ожидал от окружающих такой оценки, какую он сам себе вынес на основе информации, доступной только ему. В среднем испытуемые в этом эксперименте сильно недооценили то впечатление, которое они произвели на зрителей.

Второй эксперимент был призван показать, что ожидаемые оценки могут быть не только занижены, но и завышены в том случае, если во время публичного выступления испытуемый чувствует себя увереннее или находится в более благоприятных условиях, чем во время тренировки. На этот раз студентов просили дважды спеть фрагмент популярной песни «End Of The World As We Know It». Первое исполнение было «тренировочным», а второе записывалось. Участникам сказали, что запись потом дадут послушать другим людям, и те выставят свои оценки. При этом половине «певцов» выдали слова песни во время тренировки, а во время записи они должны были петь по памяти. Вторая половина, наоборот, тренировалась по памяти, а во время записи пользовалась бумажкой со словами. Это, несомненно, должно было прибавить певцам уверенности, потому что слов в этой песне очень много.

Выяснилось, что студенты из второй группы сами оценили свои выступления выше и ожидали более высоких слушательских оценок, хотя это вовсе не соответствовало действительности. Слушатели поставили в среднем примерно одинаковые (то есть статистически не различающиеся) оценки певцам из обеих групп. При этом слушательские оценки оказались значительно ниже тех, которые надеялись получить певцы из второй группы, и выше тех, на которые рассчитывали певцы из первой группы.

Третий эксперимент был особенно интересен, поскольку в нем испытуемые были четко проинформированы о том, что известно и что неизвестно людям, которые будут их оценивать. Испытуемые могли использовать это знание, прогнозируя оценки, но не сумели этого сделать. На этот раз студентов просили найти как можно больше слов в квадрате из 16 букв (популярная игра Boggle). Им удалось отыскать в среднем по 25 слов. Каждый студент работал над заданием в отдельной комнате, но знал, что кроме него такое же задание получили еще трое студентов. Затем испытуемому сообщали, что другие три человека справились с заданием гораздо лучше: нашли 80, 83 и 88 слов (это был обман, призванный принизить в глазах испытуемого его собственный результат). Цифры были подобраны так, чтобы производить сильное впечатление, но при этом не выглядеть неправдоподобными.

После этого испытуемый должен был предсказать, как, по его мнению, оценит незнакомый посторонний человек по результатам тестирования его (испытуемого) интеллект, сообразительность и умение играть в Boggle. При этом половине студентов сказали, что один и тот же человек будет оценивать результаты всех четырех членов группы, а другой — что результаты разных участников будут оцениваться разными людьми. Таким образом, половина студентов знала, что их будет оценивать человек, знающий, что они выступили «хуже всех». Вторая половина студентов, напротив, была уверена, что человек, который будет их оценивать, не получит информации о более высоких результатах других участников. Была еще третья, контрольная группа испытуемых, которым ничего не говорили о результатах других членов группы и которые поэтому не думали, что они выступили очень плохо.

Как и следовало ожидать, контрольная группа «предсказала» себе гораздо более высокие оценки, чем обе «обманутые» группы. Но самое интересное, что обе группы студентов, «знавших», что они хуже всех, ожидали получить одинаково низкие оценки. Между их предсказаниями не было никаких различий. Задумаемся, что это значит. Здесь речь не идет о пере- или недооценке сведений об информированности оценивающего (знает он или не знает, что испытуемый выступил хуже других). Речь идет о том, что люди вообще никак не отреагировали на эти сведения, не смогли их учесть, хоти они были сообщены им в явном виде. Для испытуемых было важно только одно — что они сами знают, что выступили плохо.

Последний, четвертый, эксперимент был поставлен для того, чтобы проверить, можно ли повлиять на представление о собственном образе в глазах окружающих одной лишь игрой воображения. Первую группу студентов попросили мысленно представить себе какую-нибудь ситуацию, в которой они выглядели бы выигрышно в глазах окружающих, производили бы хорошее впечатление. Второй группе предложили вообразить противоположную ситуацию, какой-нибудь свой поступок, который произвел бы на людей отрицательное впечатление. Третья, контрольная, группа ничего не воображала.

После этого каждый участник должен был в течение 6 минут побеседовать один на один с незнакомым студентом. Затем все участники должны были написать, какое впечатление они, по их мнению, произвели на собеседника (и какое впечатление собеседник произвел на них). Оценивалось общее впечатление по десятибалльной шкале (от 1 — «очень плохое» до 10 — «очень хорошее»); кроме того, нужно было предсказать, как оценит собеседник такие качества испытуемого, как чувство юмора, дружелюбие, очарование, грубость, скучность, ум, честность, скрытность, душевность и заботливость.

Выяснилось, что та игра воображения, которой занимались испытуемые перед беседой, оказала сильнейшее влияние на то впечатление, которое, по их мнению, они произвели на собеседника. Однако она не оказала ни малейшего влияния на реальное впечатление, которое они произвели. Воображавшие плохое думали, что произвели дурное впечатление, воображавшие хорошее были убеждены, что очень понравились своим собеседникам — и при этом как те, так и другие были весьма далеки от реальности.

В конце статьи авторы оптимистично отмечают, что людям свойственно так жестоко ошибаться лишь при общении с незнакомыми людьми, как это было в проведенных экспериментах. С близкими друзьями и родственниками общаться все-таки легче. Почему? Может быть, потому что мы лучше их знаем и понимаем, то есть точнее моделируем их мысли и реакции? Нет, считают авторы, скорее потому, что друзьям известно многое из нашего «персонального контекста», того самого, знание о котором мы невольно «вкладываем» в головы окружающих, оценивая их отношение к нам. Даже когда точно знаем, что окружающим эти сведения недоступны.

После прочтения этой статьи (и других подобных работ) возникает желание высказать серьезные претензии тому «разработчику», который отвечал за дизайн наших мозгов. Важнейшая часть нашего «софта», именуемая социальным интеллектом, явно представляет собой бета-версию. Но естественный отбор, к сожалению, жалоб не принимает.

http://elementy.ru/news/430752

[Rise]

59083

Ученые создали транзистор из одной молекулы
Физикам из Мичиганского технологического университета удалось получить работающую модель переключателя, состоящего из одной молекулы. Работа исследователей опубликована в журнале Physical Review Letters. Это открытие может увеличить вычислительную мощность современных компьютеров в тысячи раз и помочь решить проблему надвигающегося предела миниатюризации.

Вся современная вычислительная техника построена на использовании транзисторов. Транзистором называется полупроводниковое устройство, которое предназначено для управления током в цепи двух электродов при помощи третьего. Можно сказать, что, регулируя напряжение на управляющем электроде, мы меняем сопротивление в цепи. Одной из функций транзистора является функция выключателя, то есть устройства, прерывающего движение тока, при подаче напряжения на управляющий электрод.

Создатели мономолекулярного переключателя поместили молекулу специального соединения между золотыми электродами. При силе тока в 142 микроампера в цепи резко изменилось сопротивление. Это стало следствием изменения квантового состояния электронов в молекуле под воздействием электромагнитного поля.

В 1965 году Гордон Мур, один из основателей компании Intel, сформулировал тезис, получивший название закон Мура. Этот закон утверждает, что количество транзисторов, помещающихся на одном чипе, удваивается каждые 2 года при сохранении стоимости чипа. В настоящее время размеры транзисторов составляют 45-65 нанометров, на подходе 32-нанометровые элементы.

Ожидается, что в 2020 году процесс миниатюризации остановится. Транзисторы достигнут такого размера, что уже не будут подчиняться законам классической физики, на которых построена работа современных вычислительных машин. Чтобы вычислительная техника развивалась дальше, необходимо либо сменить принципы работы (получив квантовый компьютер), либо создать принципиально новый транзистор. Американские исследователи считают, что их переключатель является важнейшим шагом на пути создания нового транзистора.
http://www.lenta.ru/news/2008/06/17/switch/

[Agent 007]

Пиво снижает эффективность работы ученого

Чешский орнитолог Томаш Грим выяснил у своих коллег, сколько они пьют пива, и сопоставил эти данные с результативностью их научной работы. Оказалось, что чем больше ученый потребляет пива, тем меньше он публикует статей и тем реже эти статьи цитируются.

Уважаемый экологический журнал Oikos опубликовал любопытную и довольно скандальную статью орнитолога Томаша Грима (Tomáš Grim) из Университета им. Палацкого в Оломоуце. В 2002 году Грим попросил всех своих коллег — чешских ученых, занимающихся экологией и эволюционной биологией птиц и имеющих хотя бы одну публикацию в рецензируемом журнале, включенном в список Web of Science — сообщить ему, сколько они выпивают пива в неделю. В 2006 году он провел опрос повторно, включив в него всех опрошенных в первый раз, а также молодых специалистов, начавших публиковаться после первого опроса. Почти все коллеги (34 орнитолога из 38) охотно предоставили Гриму эту информацию.

Собранные данные Грим сопоставил с информацией о количестве и цитируемости научных публикаций опрошенных (эти сведения доступны в вышеупомянутой системе Web of Science). Между потреблением пива и результативностью научного труда выявилась четкая отрицательная корреляция. Чем больше ученый пьет пива, тем меньше в среднем он публикует статей в год и тем реже эти статьи цитируются (и суммарно, и в расчете на одну статью). Корреляция оказалась статистически значимой и для всего массива данных в целом, и по отдельности для результатов опросов 2002-го и 2006 года, в том числе с поправками на возраст ученых, на время выхода первой публикации и др. Все статистические тонкости были соблюдены.

По мнению Грима, выявленная корреляция скорее всего объясняется тем, что алкогольные напитки (в Чехии, как и во всей Западной Европе, большая часть алкоголя употребляется в виде пива) вообще имеют тенденцию снижать умственные способности. Конечно, можно при большом желании придумать и другие объяснения; например: (1) ученые-неудачники пьют «с горя», что у них статьи не пишутся; (2) ученые-неудачники отвечали на расспросы Грима правдиво, а успешные ученые не хотели признаться, сколько они на самом деле пьют; (3) оба показателя могут зависеть от третьего фактора, допустим от лени: может быть, ленивым ученым свойственно не только меньше работать, но и больше пить пива, поскольку именно так принято проводить свободное время в Чешской республике; (4) ... (предоставляю любителям пива самим продолжить это список «альтернативных объяснений»). Однако объяснение Грима кажется самым простым и логичным.

Грим указывает, что Чехия занимает первое место в мире по потреблению пива на душу населения. Однако эта традиция распределена по территории страны неравномерно. На западе, в Богемии, пива пьют гораздо больше, чем на востоке, в Моравии. Эта тенденция подтвердилась и данными Грима. Богемские орнитологи, как выяснилось, выхлестывают в среднем по 200 литров пива в год, а их моравские коллеги довольствуются скромными 38 литрами (Грим не приводит конкретных цифр, по которым можно было бы вычислить какую-либо персональную информацию об опрошенных им орнитологах, но можно догадаться, что моравских орнитологов в его выборке было меньше, чем богемских; сам Грим работает в Моравии; Прага находится в Богемии).

Как и следовало ожидать, моравские орнитологи оказались значительно более результативными, чем богемские. Они пишут в среднем больше статей ежегодно, и статьи эти в целом более высокого качества (то есть чаще цитируются). Таким образом, найденная Гримом зависимость работает не только на индивидуальном, но и на региональном уровне. Удивительно, что подобных исследований до сих пор никто не проводил.

http://elementy.ru/news/430753

[Agent 007]

Обоняние и цветное зрение в эволюции млекопитающих развивались в противофазе
59615
Тест на цветовое зрение. Человек с нормальным трихроматическим зрением должен увидеть здесь цифру 6. Человек, плохо различающий оттенки красного и зеленого, видит цифру 5. Это зависит от того, насколько сильно отличаются друг от друга два опсиновых гена, расположенные на X-хромосоме. Дальтоников гораздо больше среди мужчин, потому что у них только одна X-хромосома (у женщин их две). Среди обезьян дальтоников почти нет, потому что естественный отбор отсеивает неспособных отличить спелый плод от незрелого и питательный красноватый листок от несъедобного зеленого. Рис. с сайта www.uni-mannheim.de
Млекопитающие лишились цветного зрения в самом начале своей эволюции, потеряв два из четырех генов светочувствительных белков — опсинов. Впоследствии цветное зрение вновь появилось у обезьян благодаря дупликации одного из двух оставшихся опсинов. Как выяснилось, параллельно с утратой генов цветного зрения у древних млекопитающих в результате многочисленных дупликаций резко возросло количество генов обонятельных рецепторов. По-видимому, оба процесса — ослабление цветного зрения и развитие обоняния — были связаны с тем, что экспансия динозавров в конце триасового — начале юрского периода вынудила древних млекопитающих перейти к ночному образу жизни.

Эволюция цветного зрения у позвоночных изучена достаточно подробно. Способность различать цвета определяется светочувствительными белками колбочек — опсинами, которые могут быть «настроены» на разную длину волны. В зависимости от того, какие аминокислоты стоят в определенных «ключевых» позициях в молекуле опсина, белок избирательно реагирует на световые волны той или иной длины. Еще до выхода на сушу позвоночные выработали весьма совершенную систему цветного зрения, основанную на четырех опсинах (тетрахроматическое зрение). Эта система сохранилась у многих наземных позвоночных, включая птиц, которые великолепно различают цвета. Возможно, если бы такое зрение имелось и у людей, нам казалась бы убогой трихроматическая система отображения цвета, используемая в наших телевизорах и компьютерных мониторах. У человека, как и у всех обезьян Старого Света, зрение трихроматическое. У большинства других млекопитающих из четырех опсинов, имевшихся у древних позвоночных, сохранилось только два (дихроматическое зрение). Предки обезьян тоже имели дихроматическое зрение (а значит, не могли отличить красный цвет от зеленого).

Считается, что утрата млекопитающими двух опсинов была связана с тем, что их предки когда-то перешли к ночному образу жизни. Скорее всего, это произошло еще на заре их истории — в конце триасового или в начале юрского периода — и было связано с перипетиями долгой конкурентной борьбы между двумя основными эволюционными стволами наземных позвоночных — синапсидами и диапсидами. В пермском периоде синапсидные рептилии — предки млекопитающих — были господствующей группой. В следующем, триасовом периоде их господство пошатнулось, поскольку на сцене появились молодые активные конкуренты — архозавры, относящиеся к группе диапсидных рептилий. Архозавры делали ставку на крупные размеры, быстрый бег и острые зубы, а у синапсидных рептилий тем временем бурно шла «маммализация» — развитие черт млекопитающих. Они понемногу мельчали и уходили «в тень».

В конце триаса — начале юры власть на суше окончательно перешла к одной из групп архозавров, а именно к динозаврам. Синапсиды вымерли почти полностью, за исключением одной небольшой группы, которая дала начало млекопитающим. В течение всего юрского и мелового периодов, до самого вымирания динозавров, млекопитающим приходилось вести преимущественно ночной образ жизни, и к тому же оставаться маленькими, чтобы пореже попадаться на глаза господствующим дневным хищникам. В этих обстоятельствах цветное зрение стало бесполезным, и два опсиновых гена были потеряны. Естественный отбор не умеет заглядывать в будущее — он сохраняет только те признаки и гены, которые нужны здесь и сейчас. Когда после вымирания динозавров многие млекопитающие снова стали дневными, им пришлось обходиться дихроматическим зрением, поскольку взять новые опсиновые гены взамен утраченных было негде.

До недавних пор ученые предполагали, что оба опсиновых гена были утрачены практически сразу и очень давно, еще до разделения млекопитающих на однопроходных и териевых (= сумчатые + плацентарные). Однако один из потерянных генов обнаружился в геноме утконоса. Это значит, что гены были потеряны не сразу, а по очереди, и не так быстро. Общий предок всех современных млекопитающих еще имел три опсина, а общий предок териевых — уже только два. Некоторые австралийские сумчатые вроде бы имеют полноценное цветное зрение, но ни одного из двух потерянных генов в их геномах обнаружить не удалось, несмотря на целенаправленные поиски. Значит, если у них действительно есть цветное зрение, оно приобретено ими вторично и на иной генетической основе.

Как это в принципе может происходить, отлично показывает пример обезьян. У общего предка обезьян Старого Света, который жил 30–40 млн лет назад, один из двух сохранившихся опсиновых генов подвергся дупликации, и естественный отбор быстро «настроил» получившиеся копии на разные длины волн. Для этого потребовалось зафиксировать всего-навсего три мутации (аминокислотные замены). В итоге зрение у обезьян стало трихроматическим, что дало им возможность отличать спелые плоды от зеленых и свежую листву (наиболее питательную) от старой (у многих тропических растений молодые листья имеют красноватый оттенок). Параллельно и совершенно независимо сформировалось цветное зрение у некоторых обезьян Нового Света. У них недостающий третий опсин возник как аллельный вариант одного из двух старых опсиновых генов. Этот опсиновый ген расположен в X-хромосоме, поэтому шанс получить от родителей три разных опсина (и трихроматическое зрение) есть только у самок, и то не у всех. Но обезьяны ведут общественный образ жизни, и наличие в стаде хотя бы нескольких самок, способных отличить красное от зеленого, оказывается очень полезным для всего коллектива.

Такуси Кисида (Takushi Kishida) из Киотского университета в своей статье, опубликованной в журнале PLoS ONE, показал, что гены обонятельных рецепторов наземных позвоночных имеют не менее увлекательную эволюционную историю, чем гены зрительных белков. Как выяснилось, уменьшение числа опсинов сопровождалось увеличением числа обонятельных рецепторов, и наоборот.

Млекопитающие отличаются от других наземных позвоночных не только проблемами с цветным зрением, но и гораздо более развитым обонянием. Например, у крысы насчитывается до 1600 функционирующих генов обонятельных рецепторов, тогда как у курицы их всего около 80. В отличие от цветов спектра, для различения многочисленных запахов тремя-четырьмя генами не обойтись: на каждую летучую молекулу нужен свой рецептор. Исследователи давно установили, что многочисленные гены обонятельных рецепторов млекопитающих возникли в результате множественных дупликаций из исходного небольшого набора. Естественно было предположить, что развитие обоняния у млекопитающих, как и утрата цветного зрения, было связано с переходом к ночному образу жизни. В этом случае большинство дупликаций обонятельных генов должно было произойти примерно в то же время, что и утрата двух опсиновых генов.

Чтобы проверить эту гипотезу, Кисида провел тщательный сравнительный анализ генов обонятельных рецепторов в геномах шести наземных позвоночных: лягушки, курицы, утконоса, опоссума, собаки и мыши. Анализ этих шести видов позволяет реконструировать ситуацию в важнейших точках ветвления эволюционного древа наземных позвоночных. Сравнение лягушки с другими видами проливает свет на общего предка современных амфибий и амниот (= рептилии + птицы + млекопитающие), жившего около 340 млн лет назад (начало каменноугольного периода). Курица, как прямой потомок архозавров, помогает составить представление об общем предке синапсидных и диапсидных тетрапод, жившем около 310 млн лет назад (вторая половина каменноугольного периода). Утконос расскажет об общем предке однопроходных и териевых (180 млн лет назад, ранняя юра), опоссум — об общем предке сумчатых и плацентарных (140 млн лет назад, ранний мел). Эволюционные пути предков собаки и мыши разошлись около 85 млн лет назад (поздний мел). Что касается нас с вами, то мы на этом упрощенном эволюционном древе ближе всего к мыши.

Результаты, полученные Кисидой, говорят о том, что у общего предка амфибий и амниот было примерно 100–110 генов обонятельных рецепторов. Изначально большинство этих генов находилось на одной хромосоме, но время от времени они перепрыгивали на другие хромосомы. Этот процесс «рассеивания» обонятельных генов по хромосомам, по-видимому, шел уже у первых наземных позвоночных и практически прекратился к моменту расхождения линий однопроходных и териевых (180 млн лет назад). В результате у всех млекопитающих обонятельные гены присутствуют почти на всех хромосомах. У человека, например, их нет только на двух хромосомах: 20-й и Y-хромосоме. Кисида предполагает, что рассеивание обонятельных генов по хромосомам облегчило их последующую множественную дупликацию.

У общего предка синапсидных и диапсидных число обонятельных генов осталось прежним (около сотни). У общего предка однопроходных и териевых их было уже около 330, у общего предка плацентарных и сумчатых их число возросло примерно до 670. Общий предок мышей и собак имел около 740 генов обонятельных рецепторов.

Самый главный результат, полученный Кисидой, состоит в том, что практически все дупликации обонятельных генов в эволюции тетрапод были приурочены к отрезку эволюционного древа, заключенному между общими предками диапсидных и синапсидных (310 млн лет назад) и плацентарных и сумчатых (140 млн лет назад). В целом дупликации, по сравнению с «рассеиванием», позже начались и позже закончились.

Учитывая разрешающую способность примененных методик, можно заключить, что в пределах этой разрешающей способности период массовых дупликаций обонятельных генов в точности совпадает с периодом утраты опсиновых генов. Первый опсиновый ген был потерян на отрезке между общим предком диапсидных и синапсидных и общим предком однопроходных и териевых, то есть на ранних этапах становления млекопитающих. Второй опсиновый ген был потерян на отрезке между общим предком однопроходных и териевых и общим предком сумчатых и плацентарных, то есть на ранних этапах эволюции териевых. Именно к этим двум отрезкам приурочены и дупликации обонятельных генов. Если бы существовало какое-нибудь современное животное, предки которого отделились бы от «нашего» эволюционного ствола позже курицы, но раньше утконоса, датировки можно было бы существенно уточнить. Но такого животного, к сожалению, нет.

Кисида также отмечает, что восстановление цветного зрения у обезьян Старого Света сопровождалось утратой значительной части обонятельных генов (или превращением их в неработающие псевдогены). Очевидно, развитие зрения и обоняния происходило в противофазе. Когда древние млекопитающие перешли к ночному образу жизни, роль зрения уменьшилась, а роль обоняния возросла. Когда обезьяны вернулись к дневной жизни и стали снова полагаться в основном на зрение, их обоняние ослабло.

Еще одна любопытная деталь состоит в том, что одно из семейств обонятельных генов (известное как семейство №7; у приматов это самое многочисленное семейство обонятельных генов) подвергалось усиленной дупликации уже после разделения плацентарных и сумчатых. О некоторых рецепторах этого семейства известно, что они реагируют на половые феромоны.

P.S. У читателей может возникнуть резонный вопрос: неужели для улучшения зрения или обоняния достаточно добавить новый рецептор? А откуда возьмутся новые мозговые структуры, которые должны обрабатывать сигналы от этого нового рецептора? Похоже на то, что новых мозговых структур для этого не требуется — имеющиеся структуры используют какие-то обобщенные, универсальные алгоритмы интерпретации поступающих сигналов. По-видимому, мозг в процессе индивидуального развития автоматически обучается различать сигналы, приходящие от разных рецепторов, и интерпретировать их именно как разные сигналы. Ничего не меняя в структуре мозга, можно добавить в сетчатку новый опсин, и мозг сам разберется, что делать с новым типом сигналов. См. об этом: Мышиный мозг готов увидеть мир по-человечески (http://elementy.ru/news/430489), «Элементы», 29.03.2007, Восприятием цвета заведует мозг (http://elementy.ru/news/164929), «Элементы», 28.10.2005.

http://elementy.ru/news/430756

[LiO]

59696

Схема работы и торможения жгутика B. subtilis.
Красным цветом показан белок EpsE,
работающий как сцепление в автомобилях.
Изображение Zina Deretsky, National Science Foundation

Ученые нашли в бактериях автомобильное сцепление

Ученые-микробиологи, изучавшие бактерию Bacillus subtilis, доказали, что она использует механизм, аналогичный сцеплению в автомобилях. Свою работу исследователи опубликовали в журнале Science.

Bacillus subtilis, или сенная палочка, - это подвижная бактерия, использующая жгутик в качестве мотора. Жгутик совершает вращательные движения, толкая бактериальную клетку вперед. Механизм, обеспечивающий движения жгутика, ученые знали давно, однако принцип торможения до сих пор был непонятен. Ученые под руководством Дэниэла Кернса (Daniel Kearns) из Университета Индианы открыли этот принцип случайно.

Они занимались изучением генов, которые побуждают одиночных бактерий объединяться в большие группы и образовывать так называемые биопленки. Если B. subtilis в биопленках будут продолжать движения жгутиком, то их стабильность может быть нарушена. Ученые искали гены, которые регулируют изменение активностью жгутика при формированием биопленки. Они установили, что продукт одного из генов - белок EpsE - подавляет движения бактериального "мотора".

Исследователи предложили два возможных механизма, объясняющих работу EpsE. Один из них соответствовал работе тормоза, когда неподвижная часть соединяется с подвижной и блокирует ее работу. Второй механизм предполагал, что EpsE действует по принципу автомобильного сцепления: отсоединяет одну подвижную часть от другой. В последнем случае жгутик может продолжать вращаться, однако бактерия не будет двигаться вперед.

Чтобы определить, какая из гипотез является правильной, ученые решили пойти по принципу "хвост виляет собакой". Они закрепили свободный конец жгутика на стеклянной пластине и изучали, как будет двигаться бактериальная клетка в присутствии и отсутствии белка EpsE. Когда он отсутствовал, клетка совершала один оборот каждые пять секунд. При наличии EpsE клетка, не совершая регулярных движений, пассивно колебалась под воздействием случайных возмущений окружающей среды.

Понимание механизмов работы жгутика подвижных бактерий может оказаться полезным для нанотехнологий. Жгутиковый мотор является чрезвычайно эффективным устройством: жгутик B. subtilis может совершать более 200 колебаний в секунду. С его помощью бактериальный "автомобиль" развивает мощность в многие десятки "лошадиных сил".
http://www.lenta.ru/news/2008/06/20/clutch/

[Rise]

59923

Физики сфотографировали отдельный лазерный импульс
Группе исследователей из Института квантовой оптики Макса Планка (Германия) удалось получить изображение лазерного импульса длительностью всего 2,5 фемтосекунды (одна миллионная одной миллиардной секунды). Работа исследователей опубликована в журнале Science. Для того, чтобы "подсветить" свет, ученые использовали электронные вспышки длительностью 80 аттосекунд (одна аттосекунда равна 0,001 фемтосекунды), самые короткие из когда-либо получаемых.

Через луч лазера пропускались пучки электронов. Энергия пучка до попадания в луч была известна, энергия на выходе измерялась. По этим данным при помощи компьютера строилось изображение. Основная трудность заключалась в том, что, если использовать недостаточно короткие пучки, то при проходе через луч лазера они будут слишком сильно взаимодействовать с самим лучом, внося в данные значительные погрешности.

Для решения этой проблемы физики использовали электронные вспышки длительностью 80 аттосекунд. Эти вспышки были результатом облучения неона лазерными импульсами (длительностью 2,5 фемтосекунды). Перед попаданием в газ лазер отражали от диэлектрического зеркала. Это многослойные конструкции устроенные таким образом, что фотоны в начале импульса проходят большее расстояние, чем фотоны в конце. В обычной ситуации фотоны в начале импульса достигают цели раньше, поскольку вылетают из источника раньше. Однако после прохождения зеркала, все фотоны импульса достигали атомов неона почти одновременно. Одновременность являлась причиной того, что электроны, испускаемые атомами неона под воздействием фотонов, формировали столь компактные пучки.

Предыдущий рекорд по длительности электронных вспышек был установлен в 2007 году и составлял 130 аттосекунд. Ученые надеются, что, используя разработанную ими технологию, можно добиться длительности электронных пучков в 24 аттосекунды.
http://www.lenta.ru/news/2008/06/20/photon/

[Rise]

60034

Ученые раскрыли секрет аморфности стекла
Исследователям из университета Бристоля, Великобритания, вместе с коллегами из Японии и Австралии удалось выяснить причины аморфности стекла. Как оказалось, атомы в стекле объединяются в ячейки, которые геометрически не могут состыковаться друг с другом. Работа авторов опубликована в журнале Nature Materials.

В науках о материалах стекло – это не то, что вставляют в рамы и из чего делают бутылки. Стеклом называют твердое аморфное состояние вещества. Вещество называется аморфным, если в твердом состоянии оно не обладает кристаллической решеткой. Стекло можно получить и из металла, и из кварца путем очень быстрого охлаждения расплава.

По словам исследователей, наблюдать атомы стекла в момент охлаждения расплава не представляется возможным из-за их маленького размера, поэтому они смоделировали этот процесс. Роль расплава играл гель с частицами пластика в роли атомов. Для удобства наблюдения ученые использовали частицы размером около двух нанометров. Для того чтобы добиться нужного профиля охлаждения, исследователи добавляли в смесь специальный полимер. В результате гель переходил в "стеклянное состояние". Ученые изучали пространственную структуру такого "модельного стекла" с помощью конфокального микроскопа, позволяющего строить трехмерные изображения.

В этом состоянии "атомы" в геле расположились в вершинах икосаэдра (правильный многоугольник с 20 гранями). Эти многогранники, в отличие от, скажем, куба нельзя уложить так, чтобы любые соседние два прилегали гранями друг к другу. Каждая такая икосаэдрическая ячейка в стекле оказывается ориентированной в пространстве случайно. Интересно, что предположение об икосаэдрической молекулярной структуре стекла было высказано еще 50 лет назад, однако до сих пор ученые не могли экспериментально подтвердить эту гипотезу.

Подобное строение объясняет, например, свойство текучести стекла. Если посмотреть на окна в старых домах, то окажется, что у основания стекло толще, чем наверху. Это связано с тем, что со временем под действием силы тяжести ячейки начинают ползти относительно друг друга, что и приводит к медленному течению аморфного вещества.

Ученые надеются, что открытие такой простой геометрической причины аморфности стекла поможет в создании новых материалов, комбинирующих свойства как металлов, так и стекол.
http://www.lenta.ru/news/2008/06/22/glass/

[Rise]

60606

Чайник с наноштырями закипает в 30 раз быстрее
Группа исследователей из политехнического института Ренсселера (Rensselaer Politechnic Institute) под руководством профессора Нихиля Кораткара (Nikhil Koratkar) установила, что вода в металлическом сосуде с наноштырями на внутренней поверхности закипает значительно быстрее. Статья принята к публикации в журнале Small.

Для исследования ученые использовали медный сосуд, с нанесенным на внутреннюю поверхность слоем медных наноштырей. В сосуд заливалась вода и доводилась до кипения. При этом измерялась плотность нуклеации – количество пузырей, образующихся в единице объема за единицу времени. По сравнению с обычным медным сосудом плотность нуклеации заметно выросла. В частности, по словам ученых, воде в их сосуде требуется в 30 раз меньше тепла для того, чтобы закипеть.

Кипением называется интенсивное парообразование во всей толще жидкости. Его механизм заключается в следующем. На внутренней поверхности обычного чайника в микроскопических неровностях присутствуют пузырьки воздуха. Когда вода достигает температуры кипения, эти пузырьки начинают наполняться паром. Давление внутри пузырька растет, сам пузырек увеличивается и покидает поверхность металла. Неровность, где находился пузырек, заполняется водой. Больше в этом месте пузыри не образуются.

Если поверхность покрыта наноштырями, все происходит по-другому. Между штырями присутствует воздух. Эти воздушные карманы слишком малы для того, чтобы хранить "достаточные" для кипения пузыри. Однако они снабжают воздухом те самые микроскопические неровности металла. Из-за этого, после того как пузырь сформировался и всплыл, неровность не заполняется водой. В ней снова образуется микроскопический пузырек воздух, и процесс повторяется снова. В результате плотность нуклеации увеличивается.

Сами создатели видят несколько областей применения своего открытия. Наиболее очевидным является создание более совершенных котлов и кипятильников. В качестве другого варианта использования своего изобретения они видят охлаждение компьютерных чипов. Дело в том, что кипение служит конвекции: возникающие потоки перемешивают более горячую воду нижних слоев с более холодной водой верхних. Исследователи считают, что на основе этого можно разработать эффективные системы охлаждения компьютерных чипов. Кроме того, контакты современных чипов делаются из меди, и ученые считают, что внедрение технологии покрытия этих контактов слоем наноштырей не должно представлять серьезных проблем. Именно в этом направлении они планируют продолжать свои исследования.
http://www.lenta.ru/news/2008/06/27/nano/

[Agent 007]

Предложена модель квирков — новых элементарных частиц с необычным поведением

Если в природе существует какое-то новое силовое поле и чувствующие его тяжелые частицы, то в определенных ситуациях они могут образовывать макроскопические силовые струны, которые можно будет заметить на Большом адронном коллайдере (LHC).

В преддверии запуска Большого адронного коллайдера (он вступит в строй в конце лета 2008 года, но серьезная программа исследований на нём начнется только в 2009 году) в физике элементарных частиц сложилась не совсем обычная ситуация. С одной стороны, во всех проведенных до сих пор экспериментах Стандартная модель работала исключительно хорошо. Но с другой стороны, физики отчетливо понимают, что она не может быть окончательной теорией. Обязательно должна существовать какая-то более глубокая, более фундаментальная картина устройства нашего мира, а Стандартная модель является лишь приблизительной «проекцией» этой картины на известные сейчас частицы.

Что это будет за более глубокая теория, физики пока не знают. В отсутствие прямых экспериментальных данных дотошному теоретику открывается богатый простор для конструирования разных «надстроек» над Стандартной моделью. Какая из них относится к реальности, а какая — нет, покажет эксперимент, но пока что физики пытаются «прощупать» самые разные возможности. Условно говоря, физики хотят знать все типы теорий, которые отстоят от Стандартной модели на один-два логических шага, на одно-два предположения.

Одна из таких теорий была построена в вышедшем недавно препринте arXiv:0805.4642 (http://arxiv.org/abs/0805.4642). Авторы этой статьи предложили модель с новыми гипотетическими частицами, названными ими квирками (quirks), которые, как выяснилось, должны обладать замечательными свойствами с точки зрения эксперимента.

Слово «quirk» было выбрано авторами из-за «игры звуков» о и и. Квирки по своему поведению похожи на кварки (а по-английски слово «quark» произносится как [kwork]), только, как будет рассказано ниже, вместо сильного (strong) взаимодействия они связаны «струнным» (string) взаимодействием.

Идея авторов этой работы проста и базируется на двух предположениях.

1) Пусть в природе существует какая-то новая сила, взаимодействие нового типа, устроенное наподобие сильного взаимодействия между кварками внутри протона. Говоря научным языком, предполагается, что это некое новое калибровочное взаимодействие с ненарушенной неабелевой симметрией.* Эту силу до сих пор никто не замечал просто потому, что известные нам частицы к ней «равнодушны» (примерно так же, как и нейтрино «равнодушны» к электрическому и магнитному полям).

2) Пусть существуют новые тяжелые частицы (это и есть квирки), которые эту силу чувствуют. Эти частицы обладают массой в области 1 ТэВ, так что они смогут рождаться на LHC, но не могли рождаться в более ранних экспериментах по причине недостаточной энергии столкновений.

Вообще говоря, идея эта не нова. Самой первой публикацией, в которой обсуждается возможность нового взаимодействия с конфайнментом на макроскопических расстояниях, является, по-видимому, статья Льва Борисовича Окуня «Тетоны», опубликованная в 1980 году в Письмах в ЖЭТФ, т. 31, стр. 156. Однако в ней были набросаны лишь самые общие черты такой модели, в то время как в обсуждаемой здесь работе (которая должным образом ссылается на статью Л. Б. Окуня) подробно разобрана динамика этой модели и возможные ее проявления в эксперименте.

Возникает вопрос: как такие квирки будут проявлять себя на LHC? Оказывается, они будут оставлять совершенно необычные следы в детекторе, и именно перечислению возникающих тут возможностей посвящена статья.

Но прежде чем браться за квирки, будет полезно напомнить, как ведут себя самые обычные кварки, сидящие внутри протона. Кварки притягиваются друг к другу за счет сильного взаимодействия, которое обеспечивает глюонное поле. Это глюонное поле обладает многими необычными свойствами, и самое замечательное из них — конфайнмент («пленение кварков»).

Конфайнмент — это явление, которое не позволяет одному кварку вырваться из окружения своих собратьев и существовать самостоятельно. Как только какая-то сила начнет вытягивать один кварк из протона (или растягивать кварк-антикварковую пару, как это показано на рис. 1), то глюонное поле перестраивается в виде силовой струны, которая в буквальном смысле натягивается между кварками. (Осторожно: описываемые здесь глюонные струны не следует путать с суперструнами или с космическими струнами!) Если сила, растягивающая кварки, невелика, то струна пересиливает ее и возвращает кварки на место. Если же растягивающая сила велика, то глюонная струна становится неустойчивой и рвется, причем на месте разрыва рождаются новые кварк-антикварковые пары. Эти кварки быстро группируются в мезоны, а мезоны уже могут удалиться друг от друга на любое расстояние.

60722
Рис. 1. Если попытаться разделить обычную кварк-антикварковую пару на две отдельные частицы, то между ними натягивается глюонная струна. Если струна становится слишком длинной, то она рвется, и в месте разрыва образуются новые кварк-антикварковые пары.

Ключевой момент: масса обычных кварков маленькая, поэтому даже несильно растянутая струна обладает достаточной энергией для рождения кварк-антикварковых пар. Именно поэтому глюонная струна не может стать слишком длинной — ей энергетически выгодней разорваться на несколько частей, чем далеко тянуться от одного кварка к другому.

Теперь обратимся к новым гипотетическим частицам — квиркам. Для них многое из описанного выше тоже справедливо. У нового взаимодействия тоже обязан быть конфайнмент (это следует из неабелевости теории), и если в каком-то жестком процессе родились и стали разлетаться квирк с антиквирком, то между ними тоже натягивается силовая струна — правда, не глюонная, а состоящая из нового силового поля.

И тут возникает важное отличие от кварков: из-за большой массы квирков струна не может разорваться (см. рис. 2). Разрыв струны мог бы произойти только с образованием квирк-антиквирковой пары, но для ее образования требуется запасти очень большую энергию в очень маленьком объеме. А струна со слабым натяжением, пусть даже и очень длинная, этого сделать не может.

60723
Рис. 2. Поведение гипотетической квирк-антиквирковой пары при их разделении. Между ними тоже натягивается силовая струна, но только она не может порваться, потому что квирки слишком тяжелые. В результате струна может вырасти до макроскопических размеров.

С точки зрения эксперимента возникает ряд очень интересных возможностей, которые зависят от силы натяжения струны (это свободный параметр теории, который мы заранее не знаем, поэтому вольны анализировать разные случаи).

Если натяжение струны очень слабое, то она может растянуться до макроскопической длины. Получится поразительный объект — две тяжелые стабильные элементарные частицы, связанные неразрушимой силовой нитью длиной в сантиметры, метры, километры! Обычная материя эту силовую нить совершенно не ощущает, и ее присутствие можно заметить в детекторе лишь по тому, как квирк и антиквирк крутятся друг вокруг друга. На рис. 3 показаны типичные траектории этих частиц в детекторе для силовой струны длиной в метры или сантиметры.

60724
Рис. 3. След от квирк-антиквирковой пары (показана красным цветом) в детекторе. Синим показаны обычные частицы, также рождающиеся в жестком столкновении. Рис. из обсуждаемой статьи arXiv:0805.4642

Если же натяжение струны умеренно сильное (но всё равно не настолько сильное, чтобы разорваться), то ее размеры будут мезоскопическими — то есть много больше размеров самих частиц, но много меньше пространственного разрешения детекторов (например, порядка микрона). Тогда квирк-антиквирковая пара будет выглядеть в детекторе как одна стабильная частица, однако ее масса будет сильно меняться от случая к случаю.

Такого типа частицы физикам еще никогда не встречались в эксперименте (хотя нечто похожее — так называемые нечастицы — уже предлагалось теоретиками год назад). Авторы работы подчеркивают, что методы обработки данных, которые предполагается использовать на LHC, «не настроены» на такие возможности и вполне могут «проморгать» столь необычные объекты.

В заключение стоит подчеркнуть, что большинству физиков эта и другие подобные теории, конечно, кажутся очень экзотическими и маловероятными. Однако в их разработке есть определенная польза: они помогают осознать, в какие стороны в принципе позволительно двигаться теоретикам и какие последствия их ожидают. Опыт, накопленный при изучении таких диковинных теоретических конструкций, может оказаться полезным при построении той глубинной физической картины мира, которая придет на смену Стандартной модели.

* Небольшое пояснение про неабелевы калибровочные теории. Взаимодействия частиц тесно связаны с понятием симметрии. Электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия не постулируются отдельно от частиц, а как бы сами собой возникают из требования симметричности теории относительно внутренних преобразований (то есть изменений, не связанных с перемещением в реальном пространстве). Взаимодействия, которые возникают таким образом, называются калибровочными. На языке математики симметрии описываются с помощью групп преобразований (см. Теория групп — наука о совершенстве). Есть два больших класса групп — абелевы и неабелевы. В абелевых группах результат двух последовательных преобразований не зависит от того, в каком порядке они выполняются, а в неабелевых — зависит. Иными словами, в неабелевой группе разные преобразования «мешают» друг другу.

Как следствие, если теория взаимодействий основана на неабелевой калибровочной группе, то разные кванты силовых полей будут «мешать» друг другу, взаимодействовать друг с другом. Неабелево силовое поле притягивает друг к другу не только частицы вещества, но и разные части самого поля. Условно можно это представить так, словно силовые линии поля притягиваются друг к другу. Именно это притяжение между силовыми линиями сильного взаимодействия и заставляет их сжиматься в струну, когда расстояние между кварками становится большим.

Всё это происходит, когда симметрия «актуальная», ненарушенная; такая ситуация имеет место, например, в теории сильных взаимодействий. Но симметрия может нарушиться за счет какого-то механизма (например, электрослабая симметрия нарушена за счет хиггсовского механизма). Доказано, что, когда калибровочная симметрия нарушается, силовое поле уже не может простираться слишком далеко, и у него пропадает способность образовывать силовые струны. Чтобы такого не происходило, в квирковой модели постулируется, что симметрия не нарушена.

http://elementy.ru/news/430762

[LiO]

60830
Слева - компьютерная модель структуры
"пористой платины". Справа - фотография
нового материала под электронным микроскопом.
Фото авторов исследования.

Ученые получили пористую платину из наночастиц

Физики из Университета Корнелла разработали технологию, благодаря которой металлические наночастицы самоорганизуются в упорядоченные структуры. Образующийся пористый материал может быть использован как эффективный катализатор для топливных элементов, работающих на водороде, и некоторых промышленных процессов. Работа ученых опубликована в журнале Science.

Физики получили материал, состоящий из атомов платины, образующих регулярную структуру с шестиугольными порами размером около десяти нанометров - существенно шире, чем все, что удавалось создать до сих пор.

Суть технологии заключается в следующем: наночастицы металла диаметром около двух нанометров покрываются органическим материалом - лигандом. "Одетые" наночастицы металла помещали в раствор полимера, представляющего собой молекулярный каркас: он состоит из двух типов длинных цепей, которые соединяются друг с другом, образуя регулярные структуры. Покрытие наночастиц лигандом изменяет их поверхностные свойства и делает растворимыми в растворе полимера в высоких концентрациях. При смешивании наночастиц, покрытых лигирующим материалом, с полимером, они встраивались в его структуру. Таким образом ученые "заставляли" наночастицы расположиться в регулярном порядке.

На следующей стадии смесь полимера и наночастиц нагревали в отсутствии воздуха. В таких условиях молекулы полимера спекались в твердый каркас. Поверхность наночастиц металла имеет очень низкую температуру плавления, поэтому они также спекались вместе. Затем ученые продолжали нагрев смеси до более высоких температур, но уже в присутствии воздуха. При этом молекулы лиганда и полимерный каркас сгорали, и ученые получали наночастицы металла, организованные в регулярную структуру. С помощью созданной технологии ученые смогли получить куски "пористой платины" размером до полумиллиметра.

Авторы работы считают, что, используя новую технологию, можно получать регулярные структуры из различных металлов, а не только из платины. Ученые видят несколько возможных областей применения подобных материалов. Так, платина является одним из лучших катализаторов для водородных топливных элементов, а пористая структура позволяет увеличить эффективность ее использования и существенно сократить количество дорогого металла на один элемент. Поры образуют большую поверхность, на которой топливо может соприкасаться с платиной.
http://www.lenta.ru/news/2008/06/30/selfassemble/

[Rise]

61143

Желатин и папайя избавят мороженое от кристаллов
Профессор Шренивасан Дамодаран (Srinivasan Damodaran) из Университета Висконсин-Мэдисон открыл новый пищевой антифриз на основе желатина. Добавление такого антифриза в мороженное предотвращает образование кристалликов льда при хранении, сообщается в пресс-релизе на сайте университета.

В качестве исходного материала брался желатин, который представляет собой продукт денатурации коллагена - белка соединительной ткани животных. Для получения антифриза Дамодаран обрабатывал желатин ферментом папаином. Он добывается из папайи и разрушает пептидные связи в молекулах белка. Под действием папаина длинные молекулы желатина распадалась на маленькие куски. Полученную массу добавляли в мороженое.

После этого смесь подвергали воздействию перепадов температуры. В такие условия попадает мороженое, хранящееся в холодильнике, который постоянно открывают и закрывают. При этом обычно в нем образуются кристаллики льда. В мороженом с разработанным Дамодараном антифризом такого не происходило.

Обработанный папаином желатин играет роль антифризного белка. Антифризные белки – группа белков, которые предотвращают замерзание плазмы крови у некоторых организмов при отрицательных температурах. Схема их работы отличается от обычного антифриза в автомобиле, который просто понижает температуру замерзания воды. Молекула антифризного белка прикрепляется к микроскопическому кристаллу льда, не давая ему расти.

В настоящее время уже существует мороженое, в котором кристаллики льда при хранении не образуются. Оно производится американской компанией Unilever с добавлением настоящего антифризного белка, полученного из печени рыбы. Этот белок не добывается из рыб, а производится промышленно. Многие потребители, опасающиеся генно-модифицированных продуктов, не хотят покупать мороженое с таким белком. Новый антифриз лишен подобных недостатков. Кроме этого, по словам самого профессора, эта добавка может похожим образом помочь в хранении мяса, в котором кристаллы льда портят внешний вид.
http://www.lenta.ru/news/2008/07/02/icecream/

[LiO]

61223
Массив Джек Хиллс в Австралии -
участок нетронутой древней Земли.
Фото с сайта nlineminerals.com

Ученые отодвинули дату зарождения
жизни на 750 миллионов лет

Международная команда ученых, изучавшая залежи циркона в массиве Джек Хиллс (Jack Hills) в Австралии, пришла к выводу, что жизнь могла зародиться на Земле на 750 миллионов лет раньше, чем принято считать. Работа исследователей опубликована в журнале Nature.

В Джек Хиллс были обнаружены самые древние из известных залежей углерода. Команда ученых под руководством Симона Вилде (Simon A. Wilde) из Технологического университета Кертина исследовала соотношение изотопов углерода 12C и 13C в крошечных углеродных и алмазных гранулах, находящихся внутри кристаллов циркона. Такие гранулы, также известные как включения, защищенные циркониевой "оболочкой", остаются неизменными с течением времени. По словам ученых, исследование включений показало, что они образовались независимо, а не сформировались внутри кристалла циркона, и поэтому могут считаться "маркерами" древней эволюции.

Всего ученые проанализировали 22 включения, обнаруженных в 18 кристаллах циркона. Их возраст варьировал от 3,05 до 4,25 миллиарда лет. В части исследованных включений содержание тяжелого изотопа 13C оказалось почти в два раза ниже среднего значения, выведенного по результатам анализа других древних образцов углерода. К появлению большого количества легких изотопов углерода могут приводить некоторые процессы, происходящие в живых клетках, например, фотосинтез.

Тем не менее, ученые не исключают, что появление изотопа 12C в гранулах может объясняться другими процессами. Так, легкий изотоп мог образоваться при некоторых реакциях оксидов углерода, метана, водорода и воды. Все эти вещества присутствовали в атмосфере ранней Земли. Чтобы подтвердить, как именно образовался изотоп углерода 12C во включениях из Джек Хиллс, необходимо провести дополнительное исследование.

Интересно, что анализ кристаллов циркона из Джек Хиллс "отодвинул" не только время зарождения жизни (хотя, повторимся, этот факт требует подтверждения), но и возраст континентов.

Наиболее распространенная теория предполагает, что жизнь образовалась на Земле около 3,5 миллиардов лет назад. В этот период наша планета подвергалась интенсивной метеоритной бомбардировке. Некоторые исследователи считают, что органические молекулы, ставшие стартовым материалом для формирования живых организмов, могли быть занесены на Землю на одном из метеоритов. Доказательством этой точки зрения может стать опубликованная в прошлом месяце работа, авторы которой доложили о том, что найденные на метеорите Мурчисон органические молекулы имеют внеземное происхождение.
http://www.lenta.ru/news/2008/07/03/life/

[LiO]

61276
Внешний вид гелиосферы (синим цветом).
Оранжевым показан межзвездный газ.
Сфера в центре – граница ударной волны.
Яркая точка в центре сферы – Солнце.
Изображение NASA/Walt Feimer

Найдена "потерянная" энергия солнечного ветра

Ученые из университета Беркли, Калифорния, закончили исследование отдаленных областей гелиосферы – района космоса, в котором присутствуют потоки заряженных частиц, испускаемых Солнцем. В 2007 году было обнаружена, что энергия таких потоков (называемых солнечным ветром) в отдаленных районах гелиосферы (heliosheath) на 70 процентов ниже расчетной. В результате исследования астрономам удалось найти недостающую энергию. Работа ученых опубликована в журнале Nature

Космическая программа "Стерео" ("STEREO") изначально была направлена на изучение Солнца. В рамках этой программы на орбиту были выведены два спутника с научным оборудованием. На каждом был установлен супратермальный электронный детектор, предназначенный для обнаружения электронов. Как выяснилось, такие детекторы могут улавливать так называемые нейтральные энергетические атомы. Они образуются при попадании плазмы в разряженную среду. Ионы плазмы начинают сталкиваться с атомами среды, порождая поток быстрых атомов, называемых нейтральные энергетические атомы.

Такие атомы движутся со скоростью ионов, сохраняя информацию о породившей их плазме. Кроме того, они не подвержены воздействию магнитных полей, поскольку не обладают электрическим зарядом. Изучая потоки таких атомов, идущие из дальних районов гелиосферы, ученым удалось получить карту распределения ионов плазмы.

Средняя скорость солнечного ветра рядом с Солнцем составляет 450 километров в секунду. Область гелиосферы, где скорость частиц становится дозвуковой, называется границей ударной волны. За этой границей лежит наименее изученная область гелиосферы. Именно там ионы солнечного ветра взаимодействуют с частицами межзвездного газа и порождают нейтральные энергетические атомы, которые регистрировала аппаратура на борту спутников "Стерео".

Граница ударной волны была обследована аппаратами "Вояджер 1" и "Вояджер 2". Они установили, что энергия космического ветра после пересечения границы составляет менее трети от энергии солнечного ветра до пересечения. Новые данные, полученные "Стерео", показывают, что недостающая энергия содержится в облаках ионов, заполняющих гелиосферу.
http://www.lenta.ru/news/2008/07/04/solarwind/

[Agent 007]

Может ли история стать настоящей наукой?
61288
Одна из книг Петра Турчина, в которой апробируются подходы к превращению истории в строгую аналитическую науку. Изображение с сайта eclectic.ss.uci.edu
По мнению многих экспертов, история не может стать строгой аналитической наукой из-за огромной сложности человеческих обществ и принципиальных различий, существующих между странами и эпохами. Однако специальные исследования показали наличие в историческом процессе строгих математических закономерностей. Для их изучения предлагается создать новую науку — «клиодинамику».

Идея о том, что в историческом развитии человечества можно найти строгие закономерности, давно витает в воздухе. Любителям научной фантастики эта идея хорошо известна по знаменитой эпопее Айзека Азимова «Основание». Сюжет этого классического произведения основан на том, что великому математику Сэлдону удалось разработать математический аппарат, позволяющий с большой точностью предсказывать поведение больших масс людей. Разработанная Сэлдоном новая наука — «психоистория» — показала, что реакции больших человеческих масс подчиняются строгим законам, хотя поведение каждого отдельного человека остается непредсказуемым.

Несмотря на всю правдоподобность и привлекательность этой идеи, прошли десятилетия, прежде чем она постепенно начала перебираться со страниц фантастических романов в серьезные научные издания. И вот наконец она пробилась «на самый верх». Журнал Nature опубликовал краткое эссе Петра Турчина, профессора Коннектикутского университета (США), который в течение многих лет занимается поиском математических закономерностей, одинаково справедливых для самых разных обществ и исторических эпох. Среди ближайших коллег и соратников Турчина, на работы которых он ссылается в своем эссе, — российские историки Андрей Коротаев и Сергей Нефёдов.

Турчин отмечает, что истории как строгой науки на сегодняшний день, по сути дела, не существует. Например, для объяснения причин гибели Римской империи предложено более 200 гипотез, в том числе взаимоисключающих, и никакого консенсуса не предвидится. Это всё равно, как если бы в физике теория флогистона и термодинамика продолжали бы по сей день существовать «на равных». Общество оплачивает биомедицинские исследования, чтобы поддерживать наше телесное здоровье, и экологические исследования — чтобы поддерживать здоровье экосистем, однако представления о том, от чего зависит здоровье общества, до сих пор остаются на донаучной стадии развития. Это положение можно и нужно исправить.

По мнению Турчина, лучше не пытаться реформировать историческую науку, которая традиционно ищет причины явлений в частных особенностях конкретного общества и эпохи, а создать совершенно новую дисциплину — «клиодинамику» (Клио — муза истории). Задачей клиодинамики должен стать поиск объединяющих теорий и проверка их на основе разнообразных массивов данных — исторических, археологических и прочих, вплоть до нумизматических.

Выполнима ли задача в принципе? Многие историки отвечают на этот вопрос отрицательно, ссылаясь на огромную сложность человеческих обществ, на наличие у людей свободы воли (что якобы делает их поведение непредсказуемым) и, самое главное, на глубокие качественные различия между обществами и эпохами. Если бы эти возражения были верны, замечает Турчин, в истории не было бы строгих количественных закономерностей. Любая взаимосвязь между важными количественными показателями была бы специфична для данного региона, культуры, эпохи.

Это, однако, не соответствует действительности. Некоторые общие закономерности прослеживаются в развитии совершенно разных обществ, удаленных друг от друга во времени и пространстве. Например, для многих аграрных (доиндустриальных) обществ характерны периодические всплески внутренней нестабильности (бунтов, гражданских войн, революций и т. п.), которые продолжаются около ста лет и случаются раз в два-три столетия. Периодам нестабильности всегда предшествует быстрый рост населения. Например, в Западной Европе после периода бурного роста населения в XIII веке наступил «позднесредневековый кризис», включающий столетнюю войну во Франции, войну Алой и Белой розы в Англии и гуситские войны в Германии. Рост населения в XVI веке сменился «кризисом XVII века» (религиозные войны и Фронда во Франции, тридцатилетняя война в Германии, Английская революция и т. д.)

Главный вопрос состоит в том, являются ли подобные закономерности статистически значимыми, выдерживают ли они строгую математическую проверку? Или, может быть, это всего лишь некие расплывчатые тенденции, которые историк может заметить, а может и не заметить в зависимости от того, какие факты из огромного множества имеющихся исторических данных он выберет для анализа?

Чтобы ответить на этот вопрос, Турчин, Нефёдов и Коротаев собрали подробные количественные данные по важнейшим демографическим, социальным и политическим «переменным» для различных обществ и исторических эпох. Анализ восьми «демографических циклов» в Англии, Франции, Римской империи и России показал, что некоторые закономерности характеризуются высоким уровнем статистической значимости. Например, политическая и социальная нестабильность, как выяснилось, всегда в несколько раз выше в периоды снижения численности населения, чем во время демографического роста. Вероятность того, что эта и другие подобные закономерности объясняются случайным совпадением, пренебрежимо мала. Аналогичные расчеты позже были проведены для древнего Китая и Египта. Выявленные ранее закономерности полностью подтвердились и на этом материале.

Исследователям удалось построить количественные модели демографических циклов, которые с большой точностью описывают динамику изученных переменных. В ходе этой работы, в частности, выяснилось, что связь между ростом населения и общественной нестабильностью не является прямой (по принципу «больше людей — нехватка продовольствия — гражданские беспорядки»); она опосредуется долгосрочными эффектами, которые оказывает рост населения на структуру общества. Важную роль играет явление, получившее название «перепроизводство элиты» (подробнее о механизмах, лежащих в основе демографических циклов, можно узнать из интервью с Петром Турчиным, Андреем Коротаевым и Сергеем Нефедовым; см. ссылки внизу).

Главный вывод состоит в том, что далеко не всё в истории объясняется «частностями» — конкретными особенностями данной культуры, страны и эпохи. Некоторые аспекты исторической динамики одинаковы для самых разных обществ — от Римской Империи и средневекового Китая до средневековой Франции и царской России.

Приложимы ли модели, разработанные для аграрных обществ, к современной исторической эпохе — это, конечно, большой вопрос. По мнению Турчина, ряд косвенных данных указывает на то, что модели, возможно, не придется очень сильно переделывать. Впрочем, некоторые коллеги, возможно, не согласятся с этим утверждением. В частности, есть основания полагать, что демографические законы радикально изменились в последние 50 лет, поскольку развитые общества наконец сумели вырваться из так называемой «мальтузианской ловушки»: дальнейший научно-технический прогресс и рост валового продукта уже не ускоряют рост населения, как это было на протяжении большей части человеческой истории, а наоборот, способствуют его замедлению в развитых странах.

В отличие от психоистории Сэлдона, клиодинамика Турчина не сможет предсказывать будущее даже после того, как теория пройдет все эмпирические проверки. По крайней мере, так считает сам Петр Турчин, ссылаясь на такие объективные трудности, как «математический хаос», «свободная воля» и эффект «самоопровергающихся пророчеств». Однако «прогностические возможности науки» — это более широкое понятие, чем умение предсказывать будущее. Достижения клиодинамики можно будет использовать для оценки возможных эффектов тех или иных политических решений и для выбора оптимальных путей общественного развития.

Как и подобает сложной системе с нелинейными обратными связями, общество порой может реагировать на вмешательства весьма неожиданным образом. В качестве примера Турчин приводит отказ французского правительства утвердить новый земельный налог в 1787 году, что спровоцировало Великую Французскую революцию. Также и Тони Блэр, который в свою бытность премьер-министром пытался довести уровень молодых людей с высшим образованием до 50%, видимо, не знал, что быстрый рост численности образованной молодежи предшествовал политическим кризисам во многих обществах от Западной Европы в середине XIX века до Японии в период сёгуната Токугава, современного Ирана и Советского Союза.

Те, кто не учится на историческом опыте, обречены его повторять. По мнению Петра Турчина, для того чтобы учиться у истории, ее нужно сначала превратить в науку.

http://elementy.ru/news/430766

[Rise]

61861

Сейсмологи нашли новый способ предсказывать землетрясения
Сейсмологи из Университета Райса в Хьюстоне и института Карнеги случайно, в ходе другого исследования, обнаружили сигнал, который можно использовать для краткосрочного прогноза землетрясений. В настоящий момент ученые начали длительную проверку полученных результатов и надеются, что им удастся создать эффективную систему предсказания землетрясений. Работа будет опубликована в журнале Nature.

С целью изучения влияния атмосферы на напряжение подземных пластов сейсмологи погрузили измерительные приборы и генераторы искусственных сейсмических волн в две километровые скважины, пробуренные поблизости от разлома Сан Андреас. Эти отверстия рядом с городком Паркфилд (Parkfield) в центральной Калифорнии были сделаны в рамках проекта по мониторингу разлома известного под названием "Глубинная обсерватория разлома Сан Андреас" (SAFOD).

Ученые проводили исследование, посылая искусственные сейсмические волны от одной скважины до другой, когда неожиданно, в декабре 2005 года, в области разлома прошли два небольших землетрясения с магнитудой 3,0 и 1,0. Примерно за несколько часов до их начала скорость прохождения сейсмических волн заметно снизилась. Она оставалась такой же медленной и во время землетрясений, и длительное время после. Скорости волн вернулись к своему обычному уровню лишь спустя пару дней.

Если такого рода изменения действительно были вызваны наступающими землетрясениями, то они могли бы служить знаком, предупреждающим об их скором приближении, – так называемым предиктором.

Предсказание землетрясений – это важнейшая, но так и не решенная проблема в сейсмологии. Поэтому ученые уточняют, что полученные данные нуждаются в проверке. Тем более что третье землетрясение, проходившее неподалеку, не было зарегистрировано системой измерительных приборов буровых скважин. Сейчас исследователи планируют проверить обнаруженный эффект, вновь установив сейсмографы внутри скважин в сентябре 2008 года.
http://www.lenta.ru/news/2008/07/10/earthquake/

[LiO]

62105

Северная Америка откололась от Антарктиды

Который год ученые вынашивают гипотезу о том, что Северная Америка когда-то давно - а если точнее, около миллиарда лет назад - граничила с Восточной Антарктидой, являя собой часть древнейшего суперконтинента Земли - Родинии (от русского слова "родина"). И вот на днях группа ученых из США и Австралии опубликовала в журнале Science статью, в которых содержатся новые свидетельства в поддержку этого предположения.

По мнению современных исследователей, Родиния была расположены в южном полушарии, будучи окруженной океаном, именуемым Мировией (от слова "мировой"), и включала в себя всю или почти всю сушу на Земле. Однако около 800 млн лет суперконтинент распался на несколько частей, которые впоследствии, в эпоху палеозоя, вновь собрались в суперконтинент Пангею. Та, в свою очередь, распалась около 200 млн лет назад на два континента - северный (Лавразия) и южный (Гондвана). Позже Лавразия раскололась на Северную Америку и Евразию, а Гондвана положила начало Африке, Южной Америке, Индии, Австралии и Антарктиде. При этом ученые полагают, что в будущем эти континенты могут вновь собратсья в один материк - Пангею Ультиму ("последнюю").

Так вот: положение одной из частей Лавразии - Лаврентии (территории, которая соответствует современной Северной Америке) - и вызывало многочисленные споры среди специалистов. "Положение Лаврентии и других частей докембрийского суперконтинента Родиния остается дискуссионным, - отмечают авторы исследования. - Хотя геологические данные и результаты изучения изотопного состава говорят о том, что западная Лаврентия граничила с восточной Антарктикой, другие варианты реконструкции говорят о соседстве Австралии, Сибири или южного Китая".

Чтобы проверить самую известную модель структуры древнейшего суперконтинента, предполагающую соседство нынешней территории юго-запада США с Восточной Антарктидой, ученые проанализировали геологические и геохронологические данные, а также результаты изучения изотопного состава пород из Антарктиды. Выяснилось, что одной из наиболее характерных особенностей коры Лаврентии является слой гранита-рапакиви (вид гранита, отличающийся крупными округлыми полупрозрачными зернами полевого шпата), возраст которого составляет около 1,4 млрд лет. "Если гипотеза соседства восточной Антарктики и Лаврентии верна, следы этого слоя, а также содержащей его архейской и протерозойской коры должны быть обнаружены в Антарктиде", - отмечают ученые.

И действительно: авторы публикации представили данные об изотопном составе и возрасте гранитов, обнаруженных в Трансантарктических горах, которые "показывают, что этот отличительный гранитный слой Лаврентии также присутствует и в Антарктиде". В связи с этим ученые отмечают, что дальнейшее исследование эволюции Родинии, ее структур и истории распада необходимо для изучения истории всей планеты, поскольку распад суперконтинента, в частности, совпал с кардинальными изменениями в Мировом океане, наступлением протерозойского ледникового периода и появлением макроскопических живых организмов.
http://www.utro.ru/articles/2008/07/11/751348.shtml

[LiO]

62349
Модель структуры рибозима типа
головки молотка.
Иллюстрация с сайта chem.ucsb.edu

У млекопитающих нашли новый тип регуляции генов

Биологи из Университета Калифорнии в Санта-Круз обнаружили новый метод регуляции генов у млекопитающих. Согласно их данным, работа некоторых генов, отвечающих за иммунный ответ и метаболизм костей, контролируется молекулами РНК, встроенными в последовательность регулируемых генов. До сих пор молекулярные биологи не сталкивались с таким механизмом. Работа исследователей опубликована в журнале Nature.

Рибозимы - это молекулы РНК, обладающие каталитическими свойствами. Благодаря своей химической структуре РНК способна образовывать различные пространственные конформации. В данной работе ученые изучали рибозим типа головки молотка (hammerhead ribozyme). До сих пор считалось, что этот рибозим "работает" только у вирусоподобных паразитов растений - вироидов. Однако, изучая ДНК нескольких млекопитающих, исследователи обнаружили, что они содержат последовательности, кодирующие рибозим типа головки молотка. Последовательность этого рибозима была разделена на две части, которые располагались довольно далеко друг от друга. Используя несколько баз данных о ДНК различных организмов, ученые выявили эти последовательности в геномах мыши, крысы, лошади, утконоса и еще нескольких млекопитающих.

В клетках живых существ последовательность ДНК "переводится" в последовательность РНК с помощью особого фермента - РНК-полимеразы. При этом образуется так называемая м-РНК (матричная РНК), на которой с помощью особых структур синтезируются белки. В случае м-РНК, содержащих последовательности рибозима типа головки молотка, все происходит несколько иначе. После синтеза молекулы м-РНК последовательности рибозима "объединяются", образуя функциональный рибозим, который разрезает себя на две части. При этом м-РНК инактивируется, то есть, синтез генов с нее прекращается. В клетках должен существовать механизм, прекращающий инактивацию м-РНК, содержащих рибозим типа головки молотка, однако исследователи пока не смогли обнаружить его.

Авторы работы предполагают, что такой тип регуляции генов с помощью рибозимов мог возникнуть у общих предков млекопитающих. Интересно, что анализ ДНК человека не выявил последовательности рибозима типа головки молотка, и контроль за активностью соответствующих генов осуществляется по другому механизму.

Исследование рибозимов является одним из самых "модных" направлений в молекулярной биологии. Они были открыты сравнительно недавно, так как долгое время считалось, что функции катализаторов химических реакций в биологических системах выполняют только белки. Впервые наличие у РНК каталитических свойств предположили Карл Везе, Фрэнсис Крик и Лесли Оргель в 1967 году. На эту мысль их натолкнула способность РНК образовывать сложные структуры. Первые экспериментальные доказательства существования рибозимов были получены в 1980 году Томасом Кетчем и Сидни Альтманом. В 1989 году за открытие каталитических свойств РНК они получили Нобелевскую премию.
http://www.lenta.ru/news/2008/07/14/ribozyme/

[LiO]

62408
a, b - структура наночастицы из 102 атомов золота;
c, d - структура наночастицы из 102 атомов золота;
e - вид свзей атомов внешнего слоя с атомами серы.
Изображение одного из авторов работы Hannu Hakkinen.

Стабильные наночастицы оказались суператомами

Международная команда ученых определила, чем объясняется стабильность наночастиц золота. Согласно данным исследователей, золотая "сердцевина" наночастицы защищена оболочкой из атомов серы, которые взаимодействуют со внешними атомами золота. Свои выводы ученые опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Команда, в которую входили специалисты из США, Финляндии и Швеции, установили структуру наночастицы, состоящей из 102 атомов золота, используя суперкомпьютеры из исследовательских центров в Финляндии, Швеции и Германии. Вычисления показали, что по своей структуре такая частица напоминает "суператом". Ядро такого "суператома", состоящего из 79 атомов золота, имеет вид усеченного десятигранника, образованного двумя пирамидами, в основании которых лежат пятигранники. Вершины этих пирамид "срезаны". Расположенные вокруг ядра 23 атома золота образуют связи с атомами серы.

Стабильность такой наночастицы определяется тем, что каждый из атомов золота внешнего слоя связан химической связью с атомом серы, в результате чего у наночастицы не остается "свободных" электронов, которые могут реагировать с окружающими ее атомами или молекулами (если речь не идет о термоядерном синтезе, все химические реакции определяются именно взаимодействием электронов).

В наночастице, состоящей из 102 атомов золота, 44 из них - атомы внешнего слоя - "расходуют" свои свободные электроны на взаимодействие с атомами серы. Оставшиеся 58 электронов образуют "облако" вокруг сердцевины и заполняют все "вакантные места". Такая структура является самодостаточной: она энергетически стабильна и поэтому неохотно вступает в химические реакции, которые разрушают эту стабильность. Схожее строение электронной оболочки имеют атомы благородных, или инертных, газов.

Структура наночастицы из 102 атомов совпадает с предсказанной одним из авторов исследования структуры наночастицы, состоящей из 38 атомов золота. Меньшая наночастица также должна состоять из ядра (24 атома) и защитного слоя атомов золота (14 атомов), связанных с атомами серы. Наночастицы, включающие 11, 13 и 39 атомов золота, также построены по принципу "суператома" благородного газа.

Исследователи надеются, что в будущем им удастся определить структуру наночастиц, содержащих другое число атомов золота. На данный момент ученые уверены, что они будут построены по тому же принципу. Если им удастся экспериментально подтвердить свою гипотезу, то его можно будет назвать универсальным.
http://www.lenta.ru/news/2008/07/14/nanostability/

[LiO]

62827
Кристаллическая решетка графена.
Иллюстрация с сайта math.ucr.edu

Графен признан самым прочным материалом на Земле

Эксперименты, проведенные группой физиков Колумбийского университета, показали, что графен является самым твердым материалом из известных науке на сегодняшний день. Свои выводы ученые опубликовали в журнале Science.

Графен - углеродная пленка толщиной в один атом, был получен в 2004 году группой Андре Гейма (Andre Geim) из Манчестерского университета. Графен можно представить себе как двумерный "срез" кристаллической гексагональной решетки графита.

Физики из Колумбийского университета изучали механические свойства графена. В своих экспериментах они использовали частицы графена диаметром от 10 до 20 микрометров. Ученые помещали частицы на кристаллическую пластину, с отверстиями диаметром от одного до полутора микрометров. Ученые "давили" на незакрепленные частицы графена, расположенные над отверстиями, с помощью алмазной иглы атомно-силового микроскопа и оценивали, насколько сильно они деформируются.

Исследователи обнаружили, что прежде чем частицы графена начнут разрушаться, их можно продавить вниз приблизительно на 100 нанометров с силой около 2,9 микроньютона. Согласно подсчетам ученых, это соответствует пределу прочности на разрыв, равному 55 ньютонов на метр. Если бы физикам удалось получить слой графена толщиной с обычную пищевую пленку (около 100 нанометров), то для ее разрыва потребовалось бы приложить силу около 20 тысяч ньютонов. Если принять во внимание, что вес тела - это сила, с которой оно давит на опору, то для разрыва гипотетической графеновой пленки потребовалась бы тело массой около двух тонн.

Кроме необычной прочности графен обладает еще целым рядом уникальных характеристик. В частности, самая высокая среди известных материалов подвижность электронов делают его вероятным кандидатом на "материал номер один" в наноэлектронике.
http://www.lenta.ru/news/2008/07/18/graphene/

[LiO]

62829
На данной фотографии изображен закат
над Балтийским морем в районе Эстонии.
Часть пикселей была обработана таким образом,
что эта фотография содержит подробную карту
центра Вашингтона.
Фото Charles Boncelet, University of Delaware.

Ученые научились находить скрытый смысл в картинках

Группа ученых под руководством доктора Чарльза Бонселета (Charles Boncelet) из Университета Делавера разработала новый алгоритм обнаружения закодированной информации в обычных изображениях. Об этом сообщается в официальном пресс-релизе на сайте Государственного Научного Фонда (США). В настоящее время работа еще ученых не опубликована.

Основной упор исследователи делали на выяснение вероятности того, что данная конкретная картинка содержит скрытое сообщение. Для этого сначала картинка сжималась специальным алгоритмом. После этого в полученном файле искались аномалии, то есть куски кода, которые не должны возникнуть в случае, если сжималась картинка, не содержащая дополнительных данных. Каждой такой аномалии присваивалась вероятность того, что она содержит некоторое количество лишней информации. Полученные значения суммировались. В результате получалось число от нуля до одного, показывающее вероятность того, что данная картинка содержит скрытое сообщение.

По данному алгоритму была написана программа. Она была протестирована на более чем 2000 различных изображений в формате BMP. В некоторых из этих картинок цвета пикселей были изменены таким образом, что эти изменения несли в себе закодированную информацию. Программа показала результаты, значительно превосходящие своих конкурентов. Так для картинок с 20 процентами измененных пикселей показатель обнаружения составил 93 процента. Для картинок с 30 процентами – 91 процент.

Наука, занимающаяся изучением скрытых сообщений, называется стеганографией. В отличие от криптографии, которая скрывает смысл сообщения, стеганография скрывает сам факт его существования. В свою очередь наука об обнаружении "дополнительной" информации называется стеганализом. Самым простым приемом стеганографии является письмо "невидимыми чернилами", которые проявляют себя, только если выполнены некоторые условия (специальное освещение, нагрев).

В настоящее время ученые работают над расширением возможностей своего алгоритма. В частности, они планируют создать аналогичную систему обнаружения скрытого смысла в картинках формата JPEG и видеороликах.
http://www.lenta.ru/news/2008/07/18/steganography/

[LiO]

65737
Графеновый колпак "глазами" атомного
силового микроскопа. Изображение
авторов исследования

Самые тонкие пузыри в мире оказались газонепроницаемыми

Ученые из США создали самый тонкий в мире пузырь. Микрокамера из графена - углеродной пленки толщиной в один атомный слой - не пропускает внутрь себя газы, включая гелий. Работа ученых будет опубликована в журнале Nano Letters. Интернет-версия статьи доступна на сайте Американского химического общества.

Ученые из Корнельского университета под руководством Пол Макьюэна (Paul McEuen) заметили, что графитовая пленка газонепроницаема, случайно "надев" ее на трубку с газом. Физики решили проверить, молекулы каких газов могут задерживаться в пузырьках из графена. Строго говоря, созданную учеными структуру нельзя назвать пузырьком. Она, скорее, представляет собой графеновый колпак, закрепленный с помощью сил Ван-дер-Ваальса на подложке из оксида кремния.

Ученые протестировали проницаемость графеновых камер для аргона, воздуха и гелия. Они проверили пузырьки из графена, толщина стенок которых колебалась от одного до 75 слоев. Во всех случаях физики регистрировали утечку газа, причем ее скорость не зависела от количества слоев в стенке. Исходя из этих данных, исследователи заключили, что молекулы газа просачиваются через "шов", который замыкает графеновый слой (или слои) в пузырек.

Ученые видят много вариантов будущего использования газонепроницаемости графена. В частности, графеновые структуры можно использовать для определения степени прохождения газов сквозь атомные слои. Пленки из графена с внесенными дефектами могут "работать" в качестве фильтров.

Графен, полученный в 2004 году группой Андре Гейма (Andre Geim) из Манчестерского университета, подвергается тщательному изучению "со всех сторон". За четыре года ученые обнаружили у этого материала ряд уникальных свойств. В начале января 2008 года было показано, что графен характеризуется самой высокой подвижностью электронов из всех твердых тел. В середине июля физики из Колумбийского университета присвоили этому материалу звание самого твердого на Земле.
http://lenta.ru/news/2008/08/12/balloon/

[LiO]

66317
Составленная учеными генетическая карта Европы.
Цветом отмечены генетические "границы"
различных популяций. Фото авторов исследования

Ученые генетически разделили Европу

Международная группа генетиков создала самую большую на сегодняшний день генетическую карту Европы. Согласно полученным учеными результатам, анализ ДНК европейца может показать, из какой конкретно страны он с наибольшей вероятностью происходит. Статья исследователей опубликована в журнале Current Biology.

Ученые изучили ДНК 2514 человек, принадлежащих 23 субпопуляциям людей, распространенных в Европе. Чтобы получить генетический "портрет" исследованных людей, генетики анализировали распределение в их ДНК мутаций, получивших название SNP (от англ. single nucleotide polymorphism - однонуклеотидный полиморфизм). SNP - это мутация, произошедшая только в одном нуклеотиде - "букве" генетического кода.

У людей из различных популяций в одной и той же части генома могут происходить замены разных нуклеотидов (или один и тот же нуклеотид может заменяться различными "буквами"). Те или иные SNP часто связаны с определенными признаками человека, например, наследственными заболеваниями.

В своей работе ученые проанализировали распределение около 500 тысяч SNP. Для составления карты были выбраны 300 тысяч самых "надежных". В общих чертах генетическая и географическая карты совпадают. Больше всего различий ученые обнаружили у жителей северной и южной части Европы. Как считают исследователи, это можно объяснить на основании данных о колонизации Европы. Люди засели европейскую территорию трижды и каждый раз миграция шла с юга на север.

Между большинством стран генетические границы оказались размыты, однако две популяции четко отделяются от остальных. Так, ДНК финнов заметно отличается от ДНК остальных европейцев. Авторы работы связывают такую "обособленность" с тем, что численность финской популяции в определенный момент очень сократилась, а потом вновь выросла. При этом генетические особенности небольшого числа отцов-основателей (и матерей) закрепились у их потомков.

Выходцы из Италии также отличаются от остальных европейцев. Исследователи полагают, что в данном случае барьером для смешения стали Альпы.

Это не первая попытка картировать Европу на генном уровне. Авторы работы утверждают, что созданная ими карта является самой большой на сегодняшний день как в плане генетического, так и географического охвата. Полученные учеными данные могут оказаться полезными в криминалистике для установления происхождения преступников или жертв.
http://lenta.ru/news/2008/08/14/map/

[LiO]

67204
Линии напряженности магнитного поля Земли.
Иллюстрация Gary A. Glatzmaier (UCSC)

В магнитном поле Земли обнаружены опасные изменения

В ближайшее время магнитное поле Земли может ослабнуть, лишив находящиеся на орбите искусственные спутники защиты от солнечной радиации. К такому выводу пришли немецкие геофизики, проанализировав данные об изменениях земного ядра за девять лет. Статья ученых была опубликована в журнале Nature Geoscience. Основные выводы работы приводит портал space.com.

Исследователи утверждают, что в последние несколько месяцев изменения магнитного поля были особенно сильными. До сих пор им не удавалось зафиксировать настолько резких "движений". Магнитное поле меняется в районе южной части Атлантического океана. В этом месте его "толщина" составляет около одной трети от "нормальной". Всего за последние 150 лет поле ослабло на десять процентов.

Считается, что магнитное поле Земли образуется из-за движений металлического (а значит, проводящего электричество) жидкого ядра нашей планеты. Имеющее каплевидную форму поле простирается в космос на расстояние около 58 тысяч километров. Оно защищает флору и фауну Земли, а также вращающиеся по околоземной орбите спутники от интенсивного солнечного излучения. Периодически магнитное поле меняет свою "ориентацию": его полюса меняются местами. Последний раз такое изменение произошло 780 тысяч лет назад. Измерения движения земного ядра, проведенное с помощью спутников CHAMP и Orsted показали, что в ближайшее время должна произойти очередная смена полярности.
http://lenta.ru/news/2008/08/19/magnetic/

[LiO]

68199
Фрагмент молекулы ДНК.
Изображение Michael Ströck

Химики показали возможный механизм образования жизни

Британским химикам удалось поставить опыт, в котором из смеси возникла сложная молекула, способная к саморепликации (то есть самовоспроизведению). Об этом было рассказано в докладе, сделанном на конференции Американского химического общества, сообщает Nature News.

В опыте ученые использовали смесь из 25 компонентов: различных альдегидов и малеинимида. Составляющие были подобны таким образов, что все 25 веществ могли переходить друг в друга химическим путем. Перед опытом смесь находилась в равновесии - количественное соотношение ее компонент было постоянным. Туда добавлялось некоторое количество производного малеимида немного другого строения. Эту молекулу "использовал" один из компонентов смеси для преврящения в самовоспроизводящуюся.

Впервые такие соединения были получены в 2006 году. Попав в определенные условия, эти молекулы начинают работать как шаблоны, по которым из окрестных атомов собираются их точные копии. В опыте британских химиков спустя некоторое время смесь на 93 процента состояла из клонов.

Как считают ученые, подобные процессы, могли лежать в основе появления самых первых молекул ДНК. До настоящего времени не существует общепринятых теорий, объясняющих возникновение в природе столь сложных соединений.
http://lenta.ru/news/2008/08/27/molecul/

[LiO]

68797

Научный журнал Nature опасается
за будущее российской науки

На новостной странице сайта авторитетного научного журнала Nature появилась статья, в которой высказываются опасения за развитие российской науки после военных действий в Южной Осетии. Автор материала, Куирин Ширмайер (Quirin Schiermeier) считает, что конфликт может негативно сказаться на сотрудничестве между российскими учеными с коллегами из других стран. Ранее Ширмайер опубликовал материал, посвященный вреду, нанесенному грузинской науке военными действиями в Осетии.

По мнению автора статьи, рост напряженности между Россией и некоторыми западными странами может отразиться и на отношениях между научными сообществами этих стран. Ширмайер упоминает о двух документах, определяющих направление международного сотрудничества в науке и политику выделения исследовательских грантов. Первый - это основное соглашение о развитии науки и технологий, подписанное представителями России и Евросоюза в 2000 году и возобновленное в 2004 году. Документ посвящен необходимости совместных усилий для развития фундаментальной науки. Неназванный источник сообщил автору материала, что соглашение, скорее всего, будет продлено несмотря на политическую обстановку.

Второй документ - это Седьмая рамочная программа, которая является основным инструментом Европейского Союза по финансированию научно-исследовательской деятельности. Россия стремится стать действующим партнером программы к 2010 году. В этом статусе находится, например, Израиль и еще несколько стран, не входящих в Евросоюз. Исследователи из государств, являющихся действующими партнерами программы, могут участвовать в конкурсах на предоставление финансирования. Общий бюджет программы, длящейся с 2007 по 2013 годы, составляет около 53,2 миллиарда евро. Российская сторона объявляла о своем желании стать действующим партнером Седьмой рамочной программы и предоставить необходимые для этого средства, однако комиссия по принятию новых членов пока не получила одобрения стран Евросоюза на ведение переговоров. Ширмайер ссылается на политических аналитиков, которые предсказывают, что страны бывшего Восточного блока (например, Польша и страны Балтии) могут заблокировать это решение.

Еще одним "скользким местом" для международного научного сотрудничества после конфликта в Южной Осетии стал космос. После 2010 года США планировали полностью отказаться от использования шаттлов. Американские астронавты должны были летать к МКС на специально построенных Россией "Союзах". Ухудшение отношений между двумя странами спровоцировало многих американских политиков и некоторых сотрудников NASA на высказывания в пользу продления миссии шаттлов и отказа от сотрудничества с Россией. Подробнее доводы "за" и "против" такого решения изложены здесь.

Вопрос влияния конфликта в Осетии на развитие науки в мире периодически обсуждается в российской и иностранной прессе. Предыдущая статья Ширмайера, в которой он обсуждает последствия войны для грузинской науки, вызвала бурную дискуссию на форуме сайта Nature. Новый материал Ширмайера практически одновременно с публикацией на сайте журнала появился на портале GeorgianDaily.
http://lenta.ru/news/2008/09/03/ruscience/

[LiO]

69795
Наглядное представление теории
возникновения жизни, предложенной Опариным.
Изображение с сайта wsyachina.narod.ru

На древней Земле жизнь поглотила "прежизнь"

Математики из Гарвардского университета построили модель развития молекул в первичном бульоне - смеси различных веществ, где, согласно общепринятой теории, зародилась жизнь. Результаты ученых, которые приводит New Scientist, показывают, что сначала на Земле шла химическая селекция молекул (преэволюция). Возникшие позже молекулы, способные к самовоспроизведению, вытеснили своих предшественников, захватив все ресурсы. Полная версия работы опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Термин "первичный бульон" был впервые предложен советским биологом Александром Опариным. Согласно теории Опарина, в первичном бульоне плавали простые органические молекулы, образовавшиеся из неорганических под воздействием высоких температур и солнечной радиации. Простые молекулы соединялись друг с другом, образуя более сложные. Для синтеза длинных цепей необходимо большое число реакций присоединения. Соответственно, утверждают математики, длинные цепи должны быть менее распространенными, чем короткие. Однако если некоторые реакции присоединения идут легче, чем другие, молекулы, построенные из таких "коммуникабельных" элементов, получат преимущество.

Таким образом, дарвиновскому естественному отбору предшествовала химическая селекция. Среди образовавшихся длинных цепей появились молекулы, способные к самовоспроизведению. "Лучшие" из них преимущественно размножались, вытесняя остальных.

Авторы работы считают, что предложенная ими концепция "прежизни" позволяет отчасти заполнить брешь между существованием в первичном бульоне отдельных молекул и появлением живых систем. Тем не менее, выдвинутая математиками гипотеза, скорее, является дополнением к наиболее общепринятой теории биологической эволюции, один из вариантов которой был недавно смоделирован в лаборатории.
http://lenta.ru/news/2008/09/15/evolution/

[LiO]

Открыто гигантское простое число


Американские математики открыли новое гигантское простое число из 13 миллионов цифр. За это открытие ученые из Калифорнийского университета удостоены премии фонда Electronic Frontier в 100 тысяч долларов, сообщает Би-би-си.

На поиски простого числа, для записи которого необходимо больше 10 миллионов десятичных цифр, команда математиков объединила мощности 75 компьютеров и задействовала неиспользуемую мощность каждой машины.

Простые числа – целые положительные числа, большие, чем единица, которые без остатка делятся только на единицу и на самих себя.

Чтобы найти простые числа среди больших чисел, необходимо совершить большое количество вычислительных операций. При этом закономерности распределения простых чисел в числовом ряду до сих пор не открыты.
http://www.rian.ru/science/20080928/151663608.html

[LiO]

71032
Колонии плесневого грибка Penicillium chrysogenum
на чашке Петри. Фото с сайта sci.muni.cz

Ученые расшифровали геном производителя пенициллина

Голландские биологи расшифровали геном плесневого грибка Penicillium chrysogenum, из которого получают антибиотик пенициллин. Статья с описанием работы появится в октябре в журнале Penicillium chrysogenum. Пресс-релиз можно найти на сайте биотехнологической компании Life Sciences and Materials Sciences, сотрудники которой являются авторами статьи.

Длина генома P. chrysogenum составляет 32,3 миллиона пар нуклеотидов. В ДНК грибка ученые "насчитали" 13653 гена. К настоящему моменту генетики определили или предсказали функции около 6000 из них.

Проект по определению полной последовательности ДНК грибка P. chrysogenum и определения функций его генов был начат в 2004 году. Эти знания необходимы исследователям для того, чтобы полностью изучить процесс биосинтеза пенициллина. Полученная информация, в свою очередь, позволить увеличить эффективность производства антибиотиков и разработать приемы борьбы с устойчивостью к ним (с течением времени в геноме бактерий происходят мутации, и они "обучаются" защищаться от конкретных антибиотиков, становясь к ним невосприимчивыми).

Пенициллин был открыт 80 лет назад шотландским бактериологом Яном Флемингом. В ходе своих опытов он выращивал на чашках бактерии и тестировал различные вещества, пытаясь найти те, которые убивают микроорганизмы. На нескольких чашках проросла плесень из грибков рода Penicillium . Флеминг обратил внимание, что вокруг зараженной области в бактериальном мате образовались "проплешины". Ученый занялся изучением грибков и, в конце концов, выделил молекулу пенициллина.
http://lenta.ru/news/2008/09/30/penicillin/

[LiO]

71034
"Мадонна" кисти Сассоферрато.
Изображение с сайта artchive.com

Ученые обнаружили болеутоляющий эффект религии

Британские исследователи установили, что религиозная вера может притуплять болевые ощущения, сообщает The Guardian. Результаты исследования сотрудников Оксфордского университета должны быть опубликованы в среду.

Энцефалограммы показали, что при демонстрации подопытным добровольцам изображения Девы Марии католики испытывали меньшую боль от электрических разрядов, чем атеисты и агностики. У верующих при этом более активно действовал участок мозга, ответственный за реакцию на угрожающие ситуации.

В опытах принимали участие двенадцать студентов-католиков и столько же неверующих. Исследователи использовали две картины - изображение Мадонны кисти Сассоферрато, итальянского живописца XVII века, и "Даму с горностаем" Леонардо да Винчи. Ту или иную картину демонстрировали подопытным в течение 30 секунд, затем на 12 секунд включался электрический разряд. Степень болезненности своих ощущений по стобалльной шкале оценивали сами подопытные.

Как оказалось, после просмотра картины да Винчи католики и неверующие чувствовали одинаковую боль, а работа Сассоферрато уменьшала болевые ощущения католиков в среднем на 12 процентов. Руководившая экспериментом Катя Вич (Katja Wiech) отметила, что обнаруженный эффект аналогичен действию плацебо, которое может спровоцировать нечувствительность к боли. Вич подчеркнула, что решающую роль играют не религиозные верования как таковые, а воздействие религиозных образов на психическое состояние верующего человека, и неверующие могут добиться того же эффекта другими способами - например, посредством медитации.
http://lenta.ru/news/2008/10/01/pain/

[LiO]

Анализ ДНК поможет узнать фамилию


Британские ученые обнаружили потенциальную возможность установления фамилии английского мужчины при помощи одного только анализа ДНК, сообшает Reuters.

Ученые из университета Лестера утверждают, что им удалось обнаружить высокую вероятность генетического родства между носителями одной и той же фамилии. Суть исследования заключается в сравнении особенностей строения Y-хромосомы, которая, подобно английским фамилиям, передается от отца к сыну.

Автор открытия доктор Тури Кинг провела анализ генетического материала двух с половиной тысяч мужчин, носящих 500 различных фамилий. Выяснилось, что вероятность генетического родства у мужчин с распространенной фамилией составляет 24%. У носителей редких фамилий эта вероятность увеличивается до 50%. Около 70% мужчин с такими фамилиями, как Аттенборо или Свиндлхерст являются обладателями практически идентичных Y-хромосом.

По словам доктора Кинг, при условии создания достаточно обширной базы данных подобные сведения могут оказаться полезными не только при составлении генеалогического древа, но и в криминалистике.
http://science.compulenta.ru/373756/

[SoaT]

73965
«Бумага» из нанотрубок. И ведь звучит!

Нанотрубки потеснят привычные акустические системы

Интенсивное изучение свойств нанотрубок началось еще в 90-х годах, однако никому до сих пор не приходило в голову проверить их акустические возможности. Ученые из Пекина (Китай) создали лист из трубок диаметром 10 нм и пропустили через него ток звуковой частоты. К их немалому удивлению, лист «зазвучал».

Конструкция стандартного громкоговорителя, как известно, включает в себя три основных элемента: диффузор, звуковую катушку и магнит. При пропускании тока через катушку возникает магнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянного магнита, в результате чего катушка вместе с диффузором смещаются. Колебания передаются молекулам воздуха, которые формируют звуковые волны, воспринимаемые нашим ухом.

Казалось бы, этот принцип должен работать и в случае с нанотрубками. Но нет: лазерный виброметр, который использовали ученые, не зафиксировал никаких смещений листа в тот момент, когда он воспроизводил музыку. Следовательно, причину появления звука надо искать в уникальных свойствах самих нанотрубок. При пропускании по ним переменного тока их температура может повышаться до 80 ºС (впрочем, коммерческие образцы громкоговорителей, как утверждается, будут нагреваться совсем немного). Резкие изменения температуры приводят к колебаниям давления в слоях воздуха, непосредственно прилегающих к листу, и именно этим объясняется возникновение звуковых волн.

Заглянем на секунду в историю — и вспомним, что китайские исследователи далеко не первыми наблюдали подобный феномен. Более века назад Уильям Генри Прис и Карл Фердинанд Браун независимо друг от друга проводили опыты по извлечению звука из тонкой металлической фольги. Разница с нашим случаем лишь в том, что фольга звучала очень слабо, а нанотрубки могут развивать приличную громкость: для повышения температуры единицы площади листа на один градус требуется в 260 раз меньше энергии.

Создатели новой технологии отмечают ее многочисленные преимущества перед традиционной акустикой. Так, листы из нанотрубок можно изгибать и растягивать — и они все равно будут звучать. К тому же, добавляет один из авторов исследования Кайли Цзян (Kaili Jiang), система не потеряет способности воспроизводить музыку, даже если некоторое количество нанотрубок будет разрушено.
science.compulenta.ru/378966/

[LiO]

74010
Модель двойной спирали ДНК.
Изображение с сайта visualscience.ru

Ученые расшифровали геномы азиата и африканца

Ученые расшифровали индивидуальные геномы двух людей - африканца из народа йоруба и китайца, сообщает Reuters. Работу провели две группы исследователей, опубликовавшие свои статьи в журнале Nature.

До сих пор были расшифрованы индивидуальные геномы всего двух человек. Одним из них стал открыватель структуры ДНК Джеймс Уотсон, а вторым - Крейг Вентер, ученый с неоднозначной репутацией в научном мире. Несмотря на то, что проект "Геном человека" был завершен в 2001 году во многом благодаря Вентеру, многие исследователи скептически относятся к некоторым его идеям, таким как создание организма с минимальным геномом.

Оба человека, чьи геномы были расшифрованы (в научном мире также используется термин "секвенированы"), принадлежат европеоидной расе. Определение полной последовательности ДНК людей, принадлежащих к другим расам, является важным событием, так как сравнение их геномов позволит многое узнать о биохимических и эволюционных различиях между расами.

Стоимость проекта по расшифровке ДНК китайца составила 500 тысяч долларов. Эта сумма намного меньше той, которая была потрачена на секвенирование геномов Уотсона и Вентера. Авторы работы обещают, что в ближайшее время постараются еще уменьшить стоимость расшифровки. По их словам, уже сейчас они могут определить полную последовательность генома менее чем за неделю.

Биотехнологические компании соревнуются между собой в скорости и стоимости расшифровки геномов. В перспективе технология быстрого определения последовательности ДНК окажется чрезвычайно востребованной врачами, не говоря уже об ученых. Чтобы стимулировать "поисковую деятельность" фонд X-Prize, созданный для поддержки "безумных" научных проектов, объявил о премии в десять миллионов долларов той компании или лаборатории, которая сможет расшифровать сто геномов человека в течение не более чем десяти дней при стоимости не более десяти тысяч долларов за геном.
URL: http://lenta.ru/news/2008/11/06/genome/

[LiO]

Ученые: муссоны влияли на смену китайских династий



Благодаря обнаруженным сталагмитам ученым удалось установить закономерность смены правящих династий в древнем Китае, сообщает Associated Press со ссылкой на журнал Science.

Китайские ученые изучили состав найденных сталагмитов и смогли установить взаимосвязь периодов сильных и слабых муссонов с колебаниями температуры, солнечной радиации и даже со сменой династий императоров. В качестве образцов были взяты сталагмиты, обнаруженные в 2003г. в пещере Вансян, которая расположена на краю Тибетского плато. Ученые изучали 11,8-сантиметровый сталагмит с высоким уровнем урана, возраст которого 1810 лет.

Сталагмиты состоят из минеральных соединений, которые растворяет дождевая вода, попадающая в пещеру. Изменения уровня изотопов кислорода в воде отражают изменения в количестве осадков, выпадающих в разное время на данной территории. Так, если пропорция изотопа кислорода-18 ниже среднего, то это означает, что в данном году выпало больше осадков, чем обычно.

Уровень осадков зависит от силы муссона: чем сильнее муссон, тем дальше на запад продвигается циклон с дождями. Дождь является важной составляющей сельского хозяйства Китая, где рис был и остается главным источником еды для большинства населения.

В древние времена голод приводил к народным волнениям и социальным беспорядкам. Периоды засухи, связанные с отсутствием муссонов, привели к падению династий Тан, Юань и Мин. Наибольшее же количество осадков пришлось на период династии Северная Сунн, правление которой называют китайским золотым веком, когда население страны увеличилось вдвое.

Кроме того, ученые зафиксировали изменения в цикличности муссонов в 60-х г. XX века. По их мнению, это связано с парниковыми газами, возникающими в результате хозяйственной деятельности человека.
http://top.rbc.ru/society/08/11/2008/259133.shtml

[LiO]

В Москве наградили десять женщин-ученых

В среду, 12 ноября, в Москве состоялась церемония награждения женщин-ученых, получивших национальную стипендию Л'Ореаль-ЮНЕСКО. Партнером проекта также является Российская академия наук. Лауреатами стипендии стали десять россиянок, занимающихся исследованиями в области химии, физики и биологии.

Сумма стипендии составила 350 тысяч рублей. На конкурс было подано 320 заявок из 65 городов России. Отбор стипендиаток осуществляло жюри из восьми человек, в состав которого входили профессора российских институтов и университетов, а также генеральный секретарь компании Л'Ореаль в России Жорж Шишманов и директор бюро ЮНЕСКО в Москве Дендев Баларч.

Одним из критериев отбора являлся индекс цитируемости кандидатов (то есть, количество ссылок на их статьи в статьях других авторов). Кроме того, жюри оценивало оригинальность выбранного кандидатами научного направления, уровень работ, личный вклад кандидатов в работы, их вовлеченность в жизнь научного учреждения и намерение продолжать карьеру в России. Максимальный возраст кандидатов не должен был превышать 35 лет.

Программа национальных стипендий является частью международной программы "Для женщин в науке". Она была учреждена в 1998 году для поддержки женщин, решивших делать карьеру в науке. За десять лет лауреатами премии стали 52 женщины из 26 стран. В 2007 году премию в размере 100 тысяч долларов получила гражданка России, профессор Института макромолекулярных компонентов РАН в Санкт-Петербурге Татьяна Бирштейн.

Лауреатами национальной стипендии 2008 года стали биологи Евгения Богомолова, Оксана Калюжная, Екатерина Мерзляк, биоинформатик Ирена Артамонова, биофизик Анастасия Макарьева, химики Софья Артемкина, Галина Лукова, Надежда Устюжанина, физик Лада Путнтус и астрофизик Анна Федорова.
http://lenta.ru/news/2008/11/13/women/

[SoaT]

В Пскове создали двигатель нового поколения

75194
Юрий Лукьянов демонстрирует свое изобретение
фото Informpskov.Ru

Научная группа Псковского политехнического института (ППИ) разработала «двигатель будущего» — действующую модель роторно-лопастного двигателя с внешним подводом тепла и рычажно-кулачковым механизмом. Это изобретение уже признано Федеральным агентством по науке и новациям РФ уникальным, поскольку до сего дня в мире не было разработано и описано ни одной такой машины.

По сравнению с двигателем внутреннего сгорания новинка имеет ряд преимуществ. Так, «двигатель будущего» весит в три раза меньше, но имеет ту же мощность. Работать он может на любом топливе: дереве, спирте, угле, солнечной энергии, горячей воде. Он очень экологичен и шумит не громче холодильника — а точнее, создает шум в 32 децибела. Для сравнения: обыкновенный дизельный двигатель дает шумовой фон в 87 децибел.

Идея создать двигатель нового поколения пришла преподавателю ППИ Юрию Лукьянову. Разработку своего детища он начал аж в 1978 году, но только полтора года назад научная группа вуза выиграла конкурс Федерального агентства по науке и новациям РФ. Ведомство выделило на создание двигателя 7,6 миллиона рублей, и работа закипела. Над проектом трудится целая команда из десяти человек, в число которых вошли шесть кандидатов и два доктора наук. В рамках этого научного направления ведется подготовка докторской и нескольких кандидатских диссертаций, уже написано десять дипломных и не менее двадцати курсовых работ студентов.

Теперь ученые намереваются создать опытный образец двигателя и проверить его работу. Применять роторно-лопастный двигатель с внешним приводом тепла можно будет почти в любой сфере; он даже сможет служить в качестве малой электростанции.
science.compulenta.ru/383786/

[LiO]

76366
Изображение с сайта cs4fn.org

Компьютер научился читать мысли

Японские ученые из ATR Computational Neuroscience Laboratories разработали устройство, способное читать человеческие мысли, сообщает The Daily Telegraph со ссылкой на публикацию в журнале Neuron.

Во время эксперимента ученые показывали испытателям их разработки шесть букв слова neuron. Параллельно компьютер анализировал активность мозга и воспроизводил эти буквы на экране.

Технология ATR Computational Neuroscience Laboratories основана на анализе электрических сигналов, поступающих в головной мозг от сетчатки глаза. Обрабатывая эти сигналы, компьютер формирует изображение.

В настоящее время разработка ATR Computational Neuroscience Laboratories позволяет воспроизводить лишь простые образы. В дальнейшем ученые рассчитывают усовершенствовать технологию и надеются, что смогут с ее помощью проникнуть в сны человека.
http://lenta.ru/news/2008/12/11/dreams/

[LiO]

Найдены отвечающие за память о деталях молекулы


Нейробиологам из США удалось показать существование молекулы, обеспечивающей хранение специфической информации о подробностях прошлого опыта. Изученный учеными белковый фермент PKM-дзета отвечает за память о деталях, но не о ситуации в целом. Исследователи показали, что подавление активности белка приводит к специфическим нарушениям: подопытные крысы забывают точные координаты мест в лабиринтах и помнят приблизительный район для поиска. Статья с описанием исследования опубликована в журнале PLoS Biology.

Кроме "классических" тестов в лабиринтах ученые провели ряд других опытов. Животные запоминали связь звукового сигнала со слабым ударом тока, искали спрятанную под водой прозрачную площадку и учились избегать темного коридора с полом под напряжением. Там, где для выполнения задания требовалось запоминать какие-либо подробности, получившие блокатор "молекулы памяти" крысы справлялись с заданием хуже контрольных животных.

В самом обнаружении молекул, связанных с формированием памяти и необходимых для обучения, как пишут сами нейробиологи, нет ничего нового. Уникальность проведенного исследования в том, один из известных классов "молекул памяти" удалось связать со специфической памятью о подробностях, мелких деталях ситуации. Что особенно важно, характер деталей роли не играет. С равным успехом это может быть как частота предупреждающего об ударе током звука, так и точное местонахождение спрятанного объекта относительно внешних ориентиров.

Также подчеркивается, что ученые исследовали далеко не весь мозг. Блокатор изучавшегося вещества вводился в определенные структуры, ранее описанные как критичные для формирования памяти. Как именно тот же фермент работает в других местах и есть ли у него какие-либо еще функции - вопрос, который пока остается без однозначного ответа.
http://lenta.ru/news/2008/12/25/memory/

[LiO]

78130
Один из самых знаменитых клеточных
молекулярных моторов - кинезин -
"шагает" по молекуле белка.
Изображение с сайта parkleberrysprings.com. "
Наноробот" авторов данной работы перемещается по ДНК.

Ученые создали наноробота на ножках из ДНК

Команда исследователей из Оксфордского университета создала молекулярную конструкцию, которая способна самостоятельно передвигаться по нити ДНК. Об особенностях изобретения пишет журнал New Scientist.

Молекулы, способные передвигаться вдоль определенных внутриклеточных структур известны биологам давно. По цепочке ДНК, например, "ездит" фермент ДНК-полимераза, копирующий молекулы ДНК. Моторные молекулы динеин и кинезин перемещаются по микротрубочкам - скелетным структурам клетки - и даже перевозят различные "грузы".

Ученые пытаются искусственно создавать подобные структуры, однако до сих пор ни одна из них не смогла сравниться с естественным аналогами. Авторы данного исследования утверждают, что по многим характеристикам их "молекулярная машина" превосходит остальные. Созданная ими конструкция состоит из двух соединенных друг с другом "ножек", представляющих собой короткие отрезки ДНК. "Ножки" могут прикрепляться к определенным последовательностям (так называемым комплементарным последовательностям) ДНК, по которой перемещается крошечный механизм. При этом "ножки" конкурируют между собой, то есть, если одна из них прикрепляется к основе, то вторая вынуждена отсоединиться.

Энергию для перемещения "наноробот" получает от специальных молекул, плавающих в окружающем растворе. Необходимая для этого реакция протекает при помощи катализатора, роль которого выполняют "ножки", когда они отрываются от поверхности. Такое сопряжение обеспечивает постоянную "поставку топлива".

Кроме обеспечения перемещающихся по ДНК "нанороботов" постоянным источником энергии, необходимо заставить их двигаться в одном направлении. Конструкция специалистов из Оксфорда разработана таким образом, что ее "ножка" может делать только шаг вперед или возвращаться на прежнее место. "Эта особенность также обеспечивает постоянное прикрепление к основе хотя бы одной "ноги". Соответственно, "наноробот" не может случайно оторваться и уплыть.

Однако у новой разработки есть недостатки. Так, "ножки" могут запутываться при ходьбе, препятствуя дальнейшему перемещению. В данный момент создатели работают над преодолением этой трудности. В перспективе подобные "нанороботы", только более совершенные, смогут обеспечить перевозку наногрузов по нанозаводам и нанофабрикам, однако это произойдет не раньше, чем исследователи смогут наладить стабильное перемещение "пустых" структур.
http://lenta.ru/news/2009/01/06/walking/

[LiO]

81031
Полученное исследователями изображение
капсида вируса PsV-F.
Изображение J. Pan and Y.J. Tao, Rice University

Ученые сфотографировали
пять миллионов вирусных атомов

Ученые из Университета Райса в Техасе получили изображение белковой оболочки вируса в очень высоком разрешении. Как сообщают авторы в пресс-релизе университета, им удалось "разглядеть" каждый из пяти миллионов атомов, входящих в состав оболочки. Статья с описанием работы опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Вирусы - это клеточные паразиты, которые не могут размножаться самостоятельно. Они проникают в клетку и используют ее ферментативный аппарат для копирования собственной ДНК или РНК, а также синтеза собственных белков и сборки оболочки. Генетический материал вируса, упакованный в оболочку (также известную как капсид), получил название вирусной частицы. Именно вирусные частицы "ищут" новые клетки и заражают их.

Несмотря на то что вирусы отличаются большим разнообразием, их капсиды зачастую имеют схожую структуру. Для своего исследования биологи из Университета Райса выбрали вирус, заражающий плесневый гриб Penicillium stoloniferum, под названием PsV-F. Для получения изображения его капсида ученые воспользовались методом рентгеновской кристаллографии. Эта технология позволяет определять структуру объектов, облучая их рентгеновскими лучами.

Для использования рентгеновской кристаллографии необходимо, чтобы изучаемый объект представлял собой кристалл. Выращивание белковых кристаллов - очень трудоемкий процесс, который многие сравнивают с искусством. На выращивание кристаллов (ученые получили их несколько сотен) и составление единого изображения капсида у американских исследователей в общей сложности ушло три года. Анализ полученного "портрета" вирусной оболочки позволил установить, что элементарной единицей, составляющей капсид PsV-F, является не отдельная белковая молекула, а белковый тетрамер. Полностью собранная оболочка состоит из 120 белковых молекул (то есть, 30 тетрамеров).

Изучение строения вирусных капсидов может помочь в разработке новых антивирусных препаратов. Кроме того, знание структуры оболочек вирусов необходимо для развития генной терапии - лечения заболеваний путем направленной доставки в клетки определенных участков ДНК. Одним из самых лучших "транспортных средств" как раз и являются вирусы.
http://lenta.ru/news/2009/02/17/capsid/

[LiO]

82469
Ледяная цепочка на медной поверхности.
Атомы меди показаны коричневым цветом,
кислорода - красным, а водорода - белым.
Иллюстрация авторов исследования

Ученые получили в лаборатории пятиугольный снег

Ученым из Великобритании удалось получить тонкие нити льда, в которых молекулы воды образуют правильные пятиугольные, а не шестиугольные ячейки. По словам исследователей, ничего подобного ранее сделать не удавалось. Работа исследователей появится в журнале Nature Materials, а ее препринт доступен на сайте Университетского колледжа Лондона.

В рамках исследования ученые получали сверхтонкий слой льда на металлической поверхности. Для этого специально подготовленная медная поверхность при температуре минус 172 градуса по Цельсию обрабатывалась водным паром.

В результате подобной обработки на поверхности образовывались одномерные ледяные структуры толщиной всего в один атом и шириной около нанометра. При помощи сканирующего туннельного микроскопа и инфракрасной спектрометрии исследователям удалось установить, что цепочки состоят из пятиугольников (см. иллюстрацию), в вершинах которых находятся молекулы воды.

Ранее предполагалось, что при образовании упорядоченной структуры льда молекулы воды собираются в шестиугольники (на результаты можно посмотреть здесь).

Теоретический анализ, проведенный авторами работы, показал, что пятиугольники образуются в результате взаимодействия воды с металлической поверхностью. Согласно вариационным принципам в физике, система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией. При взаимодействии воды с поверхностью описанная пятиугольная структура формируется именно потому, что обеспечивает льду минимальное возможное значение потенциальной энергии.

По словам исследователей, формирование ледяных кристаллов играет значительную роль в биологии и науках об атмосфере. Новые результаты позволят лучше понять, каким образом вода замерзает в присутствии каких-либо примесей.
http://lenta.ru/news/2009/03/09/snow/

[Elendil]

82508
Новая теория устройства черных дыр
Британский физик Стивен Хокинг представил новую теорию устройства черных дыр. Если ранее он утверждал, что дыры уничтожают все, что в них попадает, то теперь уверен — они могут «выпускать» информацию.

Можно сказать, что главная загадка современной астрофизики заключается в «информационном парадоксе черных дыр». Однако новое исследование профессора Хокинга, возможно, устранит эту неясность. Еще в 1975 году Хокинг предложил теорию черных дыр, сделав прорыв в этой области.

Так, Хокинг считал, что черная дыра — это космический объект, большую часть свойств которого установить невозможно. Британский профессор выяснил, что после формирования черная дыра начинает терять массу, испуская «излучение Хокинга», но считалось, что это излучение носит случайный характер и не дает информации о содержимом черной дыры.

Однако сейчас Хокинг пришел к другому выводу: не все, находящееся в пределах черной дыры, навсегда теряется для остальной вселенной. Физик отмечает, что, согласно законам квантовой физики, информация не может быть потеряна полностью. Над этой проблемой Хокинг размышлял в течение 30 лет и вот сейчас ему удалось найти ответ. "Излучение Хокинга" все-таки содержит информацию, и черная дыра, таким образом, не создает принципиальной проблемы для познания прошлого и будущего, передает NEWSru.com.

Кроме того, новая теория Хокинга также лишает человечество надежды на то, что черные дыры могут стать «машинами времени» или «воротами в другие вселенные». «Мне жаль расстраивать поклонников научной фантастики. Но если вы упадете в черную дыру, энергия вашей массы вернется в нашу вселенную в измененной форме», — говорит Хокинг.
09.03, 13:51 «Правда.Ру»
http://news.mail.ru/society/2418561
Редко через мыло смотрю новости, но вот это известие заставило задержаться на нем :o .

[LiO]

83504
Конструкция, которую исследователи использовали
для тестирования "супермышц".
Черная полупрозрачная полоска - новый материал.
Фото авторов исследования

Ученые создали из нанотрубок
искусственные "супермышцы"

Ученые создали из нанотрубок искусственные "супермышцы" - тонкие полоски нового материала, которые способны под воздействием электрического тока расширяться в 4000 раз быстрее, чем это делают человеческие мышцы. Об этом сообщает Nature News, а работа ученых опубликована в журнале Science. Ученым удалось установить, что новый материал может сокращаться до тысячи раз в секунду без последствий для внутренней структуры материала.

Новый материал представляет собой пенообразную субстанцию, изготовленную из углеродных нанотрубок диаметром примерно 12 нанометров. Большое количество пор в "пене" позволяет добиться легкости "супермышц".

Ученые тестировали тонкую полоску материала длиной 25 миллиметров и шириной один миллиметр, пропуская через нее электрический ток. Сначала ток пускался вдоль полоски. В результате возникающие вокруг трубок магнитные поля заставляли их отталкиваться, что приводило к расширению материала. Измерения показали, что ширина полоски могла увеличиваться в 2,2 раза. Видео этого процесса доступно здесь.

Пропускание тока поперек полоски приводило к совершенно иному эффекту: магнитное взаимодействие нанотрубок приводило к их сближению. В результате увеличивалась плотность и твердость по одному из направлений. Измерения показали, что при воздействиях перпендикулярно поверхности полоски новый материал становится тверже стали. При этом по остальным направлениям твердость увеличивается незначительно.

В рамках работы исследователи заинтересовались условиями, при которых данные "мышцы" могут работать. Было установлено, что рабочие температуры лежат в пределах от минус 193 градусов по Цельсию до 1627 градусов по Цельсию.

Сами исследователи надеются, что их открытие найдет применение в космической, электронной промышленности, а также при производстве солнечных батарей.
http://lenta.ru/news/2009/03/20/muscle/

[LiO]

84188
Частица космической пыли в органической
субстанции. Размер частицы - около
10 нанометров. Фото авторов исследования

Ученые нашли космический "спектр жизни"

Исследователям из Испании и Франции удалось в лабораторных условиях получить "спектр жизни" - линии в спектре поглощения инфракрасного излучения, которые указывают на существование органического материала. Об этом сообщается в пресс-релизе Астробиологического центра в Париже.

В рамках исследования ученые имитировали условия, которые возникают в пылевых облаках вокруг молодых звезд. Им удалось установить, что на поверхности некоторых частиц пыли присутствуют вода и различные соединения углерода. Данный "коктейль" подвергается постоянному воздействию космических лучей, испускаемых звездой.

Исследователи выяснили, что в результате воздействия излучения появляется субстанция, которая содержит карбоновые кислоты, а также глицин и другие аминокислоты. Исследователи полагают, что данная субстанция может являться предшественником так называемого "первичного бульона", из которого, по одной из основных теорий, возникла жизнь.

Анализ спектра поглощения данной субстанции позволил выявить две четкие линии в инфракрасном диапазоне. Эти "провалы" ученые и предлагают искать в спектре излучения звезд. Сами исследователи отмечают, что в настоящее время ничего подобного в космическом пространстве обнаружено не было. Астробиологи считают, что причина этого заключается в недостаточной разрешающей способности существующих приборов.

Напомним, что, согласно одной из теорий, органические молекулы попали на Землю из космоса. В частности, совсем недавно появлялись исследования, которые на основе данной гипотезы объясняли причину доминирования в природе "левосторонних" аминокислот.
http://lenta.ru/news/2009/03/30/biotic/

[LiO]

84940
Диатомовые водоросли. Фото пользователя
Zimbres с сайта wikipedia.org

Скелеты водорослей использовали
для создания солнечных батарей

Ученые разработали технологию создания солнечных батарей с использованием микроскопических диатомовых водорослей. Статья с описанием нового метода опубликована в журнале ACS Nano. Основные принципы изложены в сообщении Университета штата Орегон.

Диатомовые водоросли, или диатомеи, представляют собой одноклеточные организмы, покрытые кремниевой оболочкой. Оболочка диатомей может включать в свою структуру различные частицы, расположенные регулярно. Авторы новой работы предположили, что оболочки диатомовых водорослей могут лечь в основу солнечных элементов, использующих сенсибилизированные красители.

Электрический ток в солнечных элементах этого типа возникает при попадании солнечного излучения на молекулы красителей, встроенных в слой диоксида титана. Диоксид титана с вкраплениями красителей нанесен на стеклянную основу.

Ученые научились собирать батареи не технологическим, а биологическим путем. Диатомей выращивают в специальных условиях так, чтобы их оболочки "впитали" молекулы титана. Затем суспензию водорослей наносят на прозрачную стеклянную подложку и дают им осесть. Содержимое клеток уничтожается специальной обработкой. На стекле остаются только кремниевые "скелетики", нашпигованные титаном.

На следующей стадии процесса подложку обрабатывают реактивом, который приводит к образованию диоксида титана, образующего наночастицы. В результате всех этих манипуляций стеклянная основа батареи оказывается покрыта пленкой диоксида титана. После добавления молекул красителей конструкция батареи будет полностью завершена.

Новая технология значительно дешевле, чем методы сборки батарей, используемые в настоящее время. Солнечные элементы на основе сенсибилизированных красителей считаются перспективной заменой "обычным" кремниевым батареям. Широкому внедрению таких батарей мешает один недостаток - реакция красителя с солнечным светом катализируется платиной. Недавно группа исследователей предложилаиспользовать вместо платины углеродные нанотрубки.
http://lenta.ru/news/2009/04/09/diatoms/

[LiO]

Ученые полностью расшифровали геном коровы

Ученые расшифровали геном коровы, дальнейшее изучение которого поможет лучше понять основы работы человеческого генома, а так же разработать новые принципы эффективного ведения сельского хозяйства, уверены авторы исследования, опубликованного в журнале Science.

Исследование, подразумевающее не только расшифровку, но и анализ генома коровы герефордской породы, потребовало шесть лет кропотливого труда коллектива из 300 ученых из 25 стран, объеденных в консорциум, а стоимость всего проекта составила более 40 миллионов долларов.

"Только в США индустрия крупного рогатого скота насчитывает около 94 миллионов голов и оценивается суммарно в 49 миллиардов долларов. Расшифровка коровьего генома поможет исследователям понять генетические основы заболеваний скота, а так же получить знания необходимые производства более здоровых молочных и мясных продуктов без использования антибиотиков", - сказал Том Вилсэк (Tom Vilsack), министр сельского хозяйства США, слова которого приводит пресс-служба Национального института исследования генома человека, курировавшего проект.

Авторы публикации надеются, что расшифровка генома коров поможет бороться с опасными болезнями коров, в частности с губчатой энцефалопатией - коровьим бешенством, способным в отдельных случаях передаваться и человеку.

"Сравнение генома человека с геномами млекопитающих, в том числе и крупного рогатого скота, поможет нам понять, как именно работает здоровый человеческий организм и чем он отличается от больного", - уверен Райнард Кингтон (Raynard Kington), директор института.

Кроме 80% общих генов, которых у коровы оказалось около 22 тысяч, геномы человека и коровы имеют и другие сходства. Так, хромосомы в клетках коров содержат длинные участки ДНК, повторяющиеся в геноме от двух до нескольких раз. Такие копии участков ДНК, названные учеными сегментными дупликациями, в изобилии встречаются в человеческом геноме. Согласно последним исследованиям именно большое количество таких удвоений обусловило развитие сложно устроенного головного мозга у доисторических гоминид, предков людей современного типа.

Поэтому генетические нарушения, связанные с этими дупликациями, у людей часто приводят к умственным расстройствам различного рода.

У коров некоторые такие дупликации оказались связаны с генами ответственными за иммунитет, метаболизм, переработку пищи и репродукцию. По мнению авторов статьи, это обстоятельство может служить объяснением уникальной способности коров переваривать низкокалорийную пищу, траву и сено, в высококалорийное молоко, огромную мышечную массу и большое количество жиров.

Эти же дупликации обуславливают и иммунные особенности, благодаря которым коровье молоко обладает выраженными противомикробными свойствами. По мнению ученых, эти гены могли получить развитие из-за стадного образа жизни этих животных, благоприятствующего молниеносному распространению инфекции внутри популяции.

"Наше исследование позволяет заключить, что первоначальной функцией молока была именно иммунная, а не питательная, и именно эта функция, возникнув, по нашим расчетам, около 160 миллионов лет назад, обеспечивала выживаемость новорожденных млекопитающих", - считает профессор Тереза Кейси (Theresa Casey), соавтор публикации, слова которой приводит пресс-служба Мичиганского университета.
http://www.rian.ru/science/20090424/169163375.html

[LiO]

86371
Схема опыта. Зеленым показана клетка,
красные кружки - квантовые точки.
В правом верхнем углу - фотография
наноиглы. Иллюстрация автором исследования

Ученые создали наноиглы для доставки
материалов внутрь клетки

Ученые их Университета штата Иллинойс создали наноиглы, которые помогут биологам в изучении процессов, происходящих внутри живых клеток. Об этом сообщается в пресс-релизе, опубликованном на сайте университета, а статья ученых появилась в журнале Nano Letters.

За основу для иглы ученые взяли нанотрубки диаметром около 50 нанометров из нитрида бора. Их поверхность покрывалась золотом. В рамках работы ученые занимались доставкой отдельных флюоресцентных квантовых точек внутрь клетки. Напомним, что квантовые точки представляют собой фрагменты полупроводников, в которых из-за малых размеров начитают проявляться квантовые эффекты. Флюоресцентными они называются потому, что при облучении светом определенной длины волны начинают испускать свечение.

В рамках работы ученые использовали специальные "соединительные" молекулы, которыми квантовые точки прикреплялись к внутренней части иглы. После этого они прокалывали данной иглой мембрану клетки. Внутри квантовые точки отсоединялись от стенок нанотрубки и оказывались непосредственно в цитоплазме или ядре.

По словам ученых, новые результаты помогут в изучении динамики внутриклеточных процессов на молекулярном уровне. Кроме этого подобные иглы могут использоваться для очень дозированной доставки различных соединений внутрь молекулы, что позволит изучать данные процессы количественно.
http://lenta.ru/news/2009/04/29/nano/

[Al 777]

88101
Сверхмассивная черная дыра поглощает материю. Иллюстрация ESA

Сверхмассивную черную дыру застали во время трапезы
Астрономам удалось "увидеть" окрестность сверхмассивной черной дыры в центре галактики 1H0707-495 в период интенсивного поглощения дырой материи. Статья исследователей появилась в журнале Nature, а ее краткое изложение приводит портал Space.com. Спектральный анализ излучения позволил установить, что в центре данной галактики присутствует большое количество железа.

Открытие было сделано при помощи орбитальной рентгеновской обсерватории XMM-Newton Европейского космического агентства. Рентгеновское излучение испускает материя, которая перед тем, как быть поглощенной дырой, разгоняется до околосветовых скоростей.

Используя собранные данные, ученые смогли определить, что масса дыры лежит в пределах от 3 до 5 миллионов солнечных. При этом, по словам ученых, скорость поглощения материи почти достигает предельного теоретического значения, которое составляет чуть более двух земных масс в час.

Совсем недавно у мелких родственников свермассивных черных дыр - черных дыр звездной массы ученым удалось обнаружить естественный механизм регуляции скорости роста. Выяснилось, что лишнюю "еду" от черной дыры постоянно уносят джеты и звездный ветер.

http://lenta.ru/news/2009/05/28/blackhole/

[Al 777]

Отсутствие внеземных цивилизаций объяснили неразвитостью человечества
Ученые предложили новое объяснение парадоксу Ферми, который указывает на противоречие между высокой вероятностью существования разумных цивилизаций и полным отсутствием их следов. Работа пока нигде не опубликована, но с ней можно ознакомиться на сайте архива препринтов Корнельского университета.

Автор знаменитого парадокса, физик Энрико Ферми формулировал его так: "Если внеземных цивилизаций так много, то где они?" Однако в развернутом виде парадокс подразумевает несколько параметров разумных цивилизаций, в том числе их экспоненциальный рост и расселение по галактике.

Именно за экспоненциальный рост и "зацепились" авторы нового решения парадокса. В качестве примера разумной цивилизации ученые выбрали жителей Земли. Они обратили внимание, что земляне за все время своего существования ни разу не покидали пределов планеты (в космическом масштабе, разумеется). Причина этого проста: популяция Земли не растет экспоненциально и ей не требуется искать новый дом для того, чтобы разместить всех жителей.

Отсутствие экспоненциального роста объясняется ограниченностью ресурсов Земли. Для того чтобы цивилизация могла стабильно распространяться по космосу, скорость потребления ею ресурсов не должна превышать скорость их возобновления. Таким образом, численность популяции не сможет превысит некоего порогового значения, а ее рост не станет экспоненциальным.

Авторы новой работы предположили, что другие цивилизации связаны теми же ограничениями, поэтому они не углубляются в просторы космоса. Другими словами, из парадокса Ферми следует делать вывод не об отсутствии во Вселенной разумных цивилизаций, а об отсутствии разумных цивилизаций, способных к экспоненциальному росту.

Недавно другая группа исследователей предложила альтернативное решение парадокса Ферми. Рассчитав среднюю плотность распределения разумных цивилизаций в космическом пространстве, необходимую для установления контакта между любыми двумя из них, ученые пришли к выводу, что только в Млечном Пути могут, не зная друг о друге, существовать, более 200 цивилизаций.

http://lenta.ru/news/2009/06/04/fermi/

[LiO]

88720
Гарима собственной персоной.

В Индии клонирован буйвол

Ученые индийского штата Харьяна клонировали буйвола, использовав ткани утробного плода.

Телочка по имени Гарима массой 43 килограмма родилась в Национальном научно-исследовательском молочном институте города Карнал на севере Индии.

«Гарима абсолютно здорова, и мы полны оптимизма по поводу ее выживания», — заявил директор института А. К. Шривастава.

Индия впервые в мире клонировала буйвола в феврале, но он умер от воспаления легких через неделю после рождения. Его удалось создать из ткани уха самки буйвола.

Ученые клонировали Гариму с помощью технологии, которая позволяет «вручную» определить пол теленка.

По словам Шриваставы, Индия обладает крупнейшей в мире популяцией буйволов, и клонирование приведет к увеличению доли элитных пород.

Подготовлено по материалам Франс Пресс.
http://science.compulenta.ru/431940/

[LiO]

89276
Один из ускорителей Аргоннской лаборатории.
Фото пользователя Epolk с сайта wikipedia.org

Ученые смогли заставить металл
не расширяться при нагревании

Ученым из Калифорнийского технологического института удалось заставить металлический сплав не расширяться при нагревании. Об этом сообщается в пресс-релизе университета, а статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters.

В рамках работы ученые занимались изучением механизмов, которые обуславливают слабое термическое расширение некоторых сплавов (их еще называют инварными). Для этого они рассматривали сплав железа и палладия в соотношении один к трем. Известно, что этот материал ведет себя как обычный сплав и достаточно сильно расширяется при нагревании.

Образец сплава исследователи поместили между двумя алмазными наковальнями и подействовали на него давлением, в 326 тысяч раз превышающим атмосферное. Нагрев материала, проводимый при высоком давлении, позволил обнаружить у образца инварное поведение.

Чтобы выяснить причины превращения данного материала, ученые изучили образец при помощи рентгеновской микроскопии в Аргоннской национальной лаборатории. В результате им удалось установить, что из-за давления электроны в полученном материале переходят в особое состояние. В результате, при нагреве внутри сплава происходят сложные магнитные процессы, которые и не дают материалу расширяться.

По словам исследователей, новые результаты помогут в создании более эффективных моделей поведения материалов. Кроме того, ученые отмечают, что их данные проливают свет на некоторые аспекты инварного поведения материалов, объяснение которого является одной из важнейших нерешенных задач теоретической механики.

Инварные материалы были открыты швейцарским физиком Шарлем Гийомом в 1896 году. Свое имя они получили за то, что их линейные размеры остаются инвариантными при нагреве. Первый инварный сплав состоял из никеля и железа.
http://lenta.ru/news/2009/06/17/metall/

[LiO]

89992
Mария Склодовская-Кюри.
Фото с сайта med.yale.edu

Марию Склодовскую-Кюри
признали величайшей женщиной-ученым

Журнал New Scientist опубликовал результаты голосования среди своих читателей, которые выбирали самую вдохновляющую женщину-ученого. На первом месте с большим отрывом от соперниц оказалась физик и химик Мария Склодовская-Кюри. За нее проголосовали 25,1 процент участников опроса. На втором месте биолог Розалинд Франклин (14,2 проента голосов), а на третьем - Гипатия Александрийская (9,4 процента).

Полька по происхождению Мария Склодовская-Кюри дважды получила Нобелевскую премию: в 1903 году по физике и в 1911 году по химии. Вместе с мужем она выполняла пионерские работы по изучению радиации, в частности, открыла радиоактивные элементы радий и полоний. Работая с радиоактивными элементами, Склодовская-Кюри не предпринимала никаких мер предосторожности. Она скончалась от лейкемии в возрасте 67 лет.

Розалинд Франклин работала над изучением структуры ДНК. Во многом благодаря сделанным ею рентгеновским снимкам Джеймс Уотсон и Френсис Крик смогли выяснить структуру этой молекулы. Когда они получали за свое открытие Нобелевскую премию, Франклин уже не было в живых. Так же как и Склодовская-Кюри, она умерла от рака.

Гипатия Александрийская жила в IV веке нашей эры в Александрии. Она занималась изучением философии, математики и астрономии и читала лекции по этим наукам. Язычница Гипатия Александрийская была убита сторонниками христианского епископа Кирилла.
http://lenta.ru/news/2009/07/03/curie/

[LiO]

Дмитрий Медведев поддержит молодых российских учёных

Дмитрий Медведев подписал указ о присуждении молодым ученым премии президента в области науки и инноваций. Сегодня в Екатерининском зале Кремля он лично вручит награды четверым лауреатам. С научными достижениями соискателей познакомилась корреспондент радио "Вести ФМ" Ольга Беляева.

Из 300 соискателей президентской премии в области научных достижений и инноваций оценочная комиссия из ста независимых экспертов выбрала именно их - молодых (от 32 до 35 лет) кандидатов и докторов наук. Как признался президент Российской академии наук Юрий Осипов, ему, математику, особенно приятно, что все лауреаты представляют технические и естественные науки. И их работы отвечают главному требованию президентской премии - они должны отражать приоритетные направления развития.

"Все эти 4 работы так или иначе связаны с этими направлениями. Информационные, медицинские технологии, создание новых материалов, глубокая переработка углеводородов - все это здесь есть. И все эти работы проецируются на направления, объявленные приоритетными", - рассказывает Осипов.

Екатерина Шишацкая из Красноярская в 34 года стала доктором наук, работает над созданием биополимеров и успешно внедряет их в медицинскую практику имплантации органов и тканей. Алексей Князев из Томска разработал высокотехнологичный катализатор глиоксаля - химического вещества, которое используется в производстве ракетного топлива, взрывчатых веществ, бумаги, тканей. Благодаря изобретению Князева Россия стала первой страной в мире, производящей глиоксаль в промышленных масштабах. Алексей Бобровский на кафедре химического факультета МГУ разработал новые принципы защиты ценных бумаг и документов. А жидкокристаллические полимеры, над которыми он работает, с удовольствием используют фирмы "Филипс", "Мерк" и другие производители дисплеев.

Павел Белов из Санкт-Петербурга - большой специалист в области оптической физики и электродинамики, работает над системой передачи изображения со сверхразрешением в несколько нанометров, а также маскирующих покрытий, делающих предметы невидимыми. Павел сотрудничает с такими промышленными гигантами, как "Нокиа", "Самсунг", "Электроникс" и "Бош". Имея столь обширные зарубежные контакты, не уедут ли молодые ученые работать за рубеж. Юрий Осипов уверен, что нет.
"Не верьте тем, кто говорит, что молодежь наша не интересуется наукой и вся убегает за рубеж. Тысячи молодых людей, очень талантливых, работают в России. Желают работать в России. У нас в Академии наук стоит очередь желающих поступить на работу в Академию наук", - утверждает он.

А президентская премия, которая по статусу равна государственной, должна стать моральным стимулов для того, чтобы лауреаты остались работать в России. Впрочем, для этого есть и материальный стимул - в денежном эквиваленте президентская премия молодым составляет два с половиной миллиона рублей - ровно половину от государственной в области науки и технологий.
http://www.vesti.ru/doc.html?id=340613&cid=7

[LiO]

100762

Ученые изобрели микроухо

Британские ученые изобрели устройство, которое позволяет различить шумы, издаваемые микроскопическими объектами. Мельчайшие колебания замеряются с помощью лазерного луча и преобразуются в звуковой сигнал. В результате - как автомеханик определяет дефект в двигателе по его шуму, так и специалист сможет "услышать" то, что не в состоянии воспринять ни одно ухо на планете. Например, уже удалось определить звуки броуновского движения, сообщает "Россия 24".

Новая технология поможет изучить структуру и принципы работы многих веществ и возможно станет стандартным оборудованием на столе биологов.
http://www.vesti.ru/doc.html?id=344492&m=1

[LiO]

101044
Схема RHIC. Иллюстрация с сайта проекта

Физики получили самую тяжелую антиматерию

Физикам удалось получить самую тяжелую на сегодняшний день антиматерию. Статья ученых появилась в журнале Science, а ее краткое изложение приводит Nature News.

Чтобы получить антиматерию, ученые использовали ускоритель RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider - Релятивистский коллайдер тяжелых ионов), в котором на энергии 200 гигаэлектронвольт сталкивались ионы золота. В общей сложности физики получали около 70 нужных им ядер антиатомов на 100 миллионов столкновений.

В результате исследователям удалось получить антигипертритон. Обычным тритоном в физике называется ядро трития, то есть частица, состоящая из протона и двух нейтронов. Гипертритон вместо одного нейтрона содержит гиперон - нестабильный барион, масса которого больше массы нейтрона. Антигипертритон, в свою очередь, - это антидвойник гипертритона, состоящий из антипротона, антинейтрона и антигиперона.

Масса получаемого ядра превосходит массу ядра антигелия, который раньше считался самым тяжелым антиэлементом, получаемым на ускорителях элементарных частиц. Ученые отмечают, что время жизни антигипертритона крайне мало - порядка 10-14 секунды.

Совсем недавно на том же ускорителе RHIC ученым получить самую горячую на сегодняшний день материю. В результате экспериментов на ускорителе образовалась кварк-глюонная плазма с температурой около 4 триллионов градусов по Цельсию. Для сравнения, температура нейтронной звезды, сформировавшейся сразу после взрыва сверхновой второго типа, составляет порядка 100 миллиардов градусов по Цельсию.
http://www.lenta.ru/news/2010/03/05/antimatter/

[LiO]

Расшифровка генома станет доступной каждому россиянину

Разработку новосибирских ученых - прибор, способный расшифровать геном человека - возможно, включат в государственную программу нанотехнологий. И если проект получит зеленый свет, уже в ближайшем будущем такие аппараты появятся в поликлиниках крупных медицинских центров страны.

Кто рожден лириком, а кто физиком? Вся эта информация сокрыта в геноме человека. Расшифровать как можно быстрее и как можно дешевле - такую задачу поставили сибирские ученые. Сразу четыре института сибирского отделения академии наук создают уникальный прибор - секвенатор ДНК. Проще говоря, аппарат, который расшифрует все, что закодировано в генах.

"У таких приборов гарантированно светлое будущее. Вопрос только в том, сможет ли наша страна взять себе тот кусок пирога, который ей причитается, исходя из ее потенциала", - говорит Валентин Власов, директор Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН.

Аналоги прибора, который создают сибирские ученые, в мире есть. Американцы уже поставили на поток создание аппаратов. Но пользуются ими пока только избранные.

"Себе это могут позволить очень богатые люди. Не думаю, что даже наши олигархи просеквенировали свой геном. С одной стороны, потому что это дорого, а, с другой стороны, нужна платформа, которая бы анализировала полученную информацию", - объясняет Марсель Кабилов, научный сотрудник лаборатории био-нанотехнологий института биологии и фундаментальной медицины СО РАН.

Марсель Кабилов, один из тех, кому принадлежит идея создать российский прибор. Молодой ученый мечтает, что это лишь первый шаг к доступности геномной медицины, чтобы в каждой поликлинике появились такие приборы. Чтобы каждый, кто заботится о своем здоровье, мог расшифровать ДНК, знать к каким болезням есть склонность, как их предупредить.

"Задача, на самом деле, очень амбициозная. К концу года мы хотим получить что-то, чтобы можно было попытаться посмотреть, расшифровать какие-то фрагменты", - говорит Владимир Вилейко, заведующий лабораторией лазерной графики института автоматики и электрометрии СО РАН.

Разработка новосибирских ученых пока финансируется за счет грантов. Возможно, создание секвенатора включат в государственную программу нанотехнологий. Если им дать зеленый свет, уверены сибиряки, уже в ближайшие годы любой россиянин сможет узнать точно, что в него заложила природа.
http://www.vesti.ru/doc.html?id=356856&m=1

[SoaT]

«РОСНАНО» начинает в школах обкатку электронных учебников

114983 114984 114985

Bpuzy9V4NOE

Руководитель «РОСНАНО» Анатолий Чубайс на встрече с Владимиром Путиным презентовал «образовательный» компьютер, который с 1 сентября в порядке эксперимента поступит в школы нескольких регионов России и заменит учащимся весь комплект учебников.

«Мы занимаемся новым видом электроники, которая принципиально отличается от существующей тем, что она не на кремниевой базе. Она на неожиданной базе, просто пластиковой, – сообщил Чубайс главе правительства.– То, что мы подготовили сейчас, это, собственно, и есть компьютер, который используется для обучения школьников. Сегодня в него закачан полный комплект учебников по всем дисциплинам до шестого класса […] они адаптированы для компьютера, с гиперссылками, как положено. И при поддержке Минобразования мы с 1 сентября одну тысячу таких образцов будем обкатывать в нескольких регионах страны […] если эксперимент удастся (а он займёт год, если нам через год Минобразования подтвердит, что он работоспособный), то мы выходим на очень крупную серию».

По словам Чубайса, ориентировочная цена «пластикового компьютера» в 12 000 рублей снизится с началом производства таких девайсов в Зеленограде, где началось строительство завода и создаётся исследовательский центр Московского института электронной техники.

Показанное Путину устройство – это детище британской компании Plastic Logic, в которую «РОСНАНО» в начале нынешнего года инвестировало $700 миллионов с целью развёртывания производства пластиковой электроники в России.

Генеральный директор Plastic Logic Ричард Арчулета (Richard Archuleta) в январском интервью сообщил, что открытие завода в особой экономической зоне Зеленограда намечено на 2013-2014 годы. Предприятие будет выпускать новое поколение дисплеев на основе пластиковой электроники – сотни тысяч единиц в месяц.

Нашим читателям фирма Plastic Logic неплохо известна. В 2005 году эта компания продемонстрировала самый большой в мире образец электронной бумаги, в 2008-м анонсировала выход на рынок электронной газеты, а в 2010 году явила миру первый серийный прибор на органических транзисторах.

Подробнее на membrana.ru/particle/16608

[SoaT]

114986

В пламени свечи обнаружены алмазы

«Никто не знает, из чего состоит пламя свечи» – с этой фразы началось научное расследование, результаты которого поразили учёных. В пламени были найдены четыре модификации углерода и в том числе алмазы.

Первые свечи появились примерно за 200 лет до начала нашей эры в Китае. И хотя в наш век свеча – это скорее атрибут декоративного искусства, её пламя вполне может стать предметом научного исследования.

Началось всё с того, что знакомый профессора Чжоу, изучающий процессы горения, как-то заявил, что никто из учёных серьёзно не исследовал состав пламени. Тогда Уцзун решил заполнить этот пробел в знаниях.

Он и его коллеги из литературы выяснили, что углеводороды, находящиеся в основании пламени, на выходе становятся углекислым газом.

Затем при помощи анодно-оксидированных алюминиевых плёнок исследователи собрали продукты горения и обнаружили в центре пламени четыре основные модификации углерода: алмаз, графит, фуллерены и аморфные частицы.

Такому результату учёные искренне удивились, так как все формы образуются при разных условиях. И уж точно никто не ожидал, что алмазных наночастиц в секунду появляется около полутора миллионов. (Более подробный рассказ об исследовании учёные выпустили в журнале Chemical Communications.)

Новые данные – не просто любопытный акт, им найдётся и практическое применение. Чжоу предполагает, что его командой найден дешёвый и экологически чистый способ получения зародышей для будущих алмазов.

membrana.ru/particle/16609

[SoaT]

114987
UDBIJaDXKDk

Выбрана лучшая замена 60-ваттной лампе накаливания

В США раньше времени разыгран приз конкурса L Prize. Американцы выбрали лучшую замену классической 60-ваттной лампе накаливания.

За разработку лампочки EnduraLED (теперь именуемой не иначе как LED L Prize lamp) американское правительство пожаловало компании Philips ни много ни мало – $10 миллионов.

Но чтобы заполучить приз конкурса «Освещение будущего» (Bright Tomorrow Lighting Prize), производителю пришлось очень постараться – только тесты нового продукта в независимых лабораториях заняли несколько месяцев.

Специалисты компании Philips создали высокоэффективную лампу на светодиодах, которая по качеству, сроку службы и цене подходит для широкого распространения и массового производства.

Продукт имеет стандартный цоколь E27. Примерные размеры лампы: 11 сантиметров в длину и 6 см в ширину. Срок её службы составляет около 25 тысяч часов. Все подробности — в специально выпущенном PDF-документе (http://www.lightingprize.org/pdfs/LPrize-winner_media-kit.pdf).

LED L Prize lamp потребляет 10 ватт, и в результате по сравнению с классическим аналогом сохраняется около 83% энергии. Специалисты подсчитали, что, если в США заменить все ныне используемые 60-ваттные лампы накаливания на новые, то страна сэкономит в год около 35 тераватт-часов, потратит на $3,9 миллиарда меньше на электроэнергию и снизит углеродные выбросы в атмосферу на 20 миллионов тонн.

Для сравнения: «излишков» хватило бы на питание 18 миллионов жилых домов или же на снабжение энергией в течение трёх лет всего Вашингтона, информирует Philips.

Кстати, мы уже рассказывали о светодиодной альтернативе 100-ваттной лампочке, но 60 ватт – более востребованный пользователями уровень (по некоторым данным, более половины рынка приходится именно на такие лампы).

В массовой продаже в США новая лампочка должна появиться в 2012 году по цене около $40 за штуку.

membrana.ru/particle/16547

[SoaT]

Российский исцеляющий нанобинт выходит на рынок

http://screen.battlefox.ru/data/570/t3s.jpg

http://screen.battlefox.ru/data/570/t3t1.png
Активные центры состоят из положительно заряженных наночастиц,
притягивающих отрицательно заряженные загрязнители.
На снимке показаны волокна нового сорбционного материала
под микроскопом (иллюстрация ООО «Аквелит»)

jSl0yLUbOYI: Несколько свежих инноваций, родившихся в Томске

Ранозаживляющая повязка «Витаваллис», разработанная томскими учёными, должна поступить в аптеки России и Европы в начале осени 2011 года. Со слов авторов инновации, аналогов по эффективности этому «нанобинту» нет.

Повязка "Витаваллис" разработана совместными усилиями специалистов нескольких институтов Сибирского отделения академии наук и российской компании "Аквелит", которая и наладила выпуск новинки.

По информации «РИА Новости», использованная в бинте технология сорбирующих центров позволяет значительно уменьшить время лечения ожогов, венозных и диабетических язв, обширных и глубоких пролежней, рожистых воспалений.

«Речь идёт не о токсическом воздействии антибиотиков на рану и прилегающие ткани, а об удалении микроорганизмов с поверхности раны. Активные сорбирующие центры повязки за счёт электростатического взаимодействия вытягивают микроорганизмы из раны и удерживают их внутри самой повязки, не давая бактериям размножаться», — объясняет Сергей Псахье, председатель президиума ТНЦ СО РАН.

Заметим, эта технология электростатической сорбции идентична принципу работы фильтровальных материалов для воды "Акваваллис" от того же «Аквелита». Собственно эта разработка и получила медицинское продолжение — созданные ранее водные фильтры из Томска породили побочный продукт, повязку для ран.

В феврале 2011 года «Аквелит» стал участником так называемой технологической платформы «Медицина будущего», программы, развиваемой на базе Сибирского государственного медицинского университета. Тогда томская компания заявляла о подготовке производства антимикробных ранозаживляющих материалов. А ныне уже готова первая небольшая партия «Витаваллиса».

Псахье утверждает: «В ближайший месяц начнутся продажи „Витаваллиса“ на Дальнем Востоке, в Москве, в Европе. Есть несколько дистрибьюторов, которые готовы взять на себя распространение повязок. Есть заказы из Вьетнама, а также Словении, где крупная медицинская компания планирует покупать антисептический материал в „чистом виде“, чтобы упаковывать и выпускать под своей маркой».

«Линия, существующая на „Аквелите“, позволяет производить до пяти миллионов экземпляров повязок в год. После запуска промышленного производства речь пойдёт о десятках миллионов», — добавляет Сергей, указывая, что материал успешно прошёл санитарно-химические, токсикологические и клинические испытания, на него получено регистрационное удостоверение Росздравнадзора.

Подробнее на membrana.ru/particle/16649

[bobby]

Нобелевскую премию вручили умершему ученому

Радость по поводу присуждения Нобелевской премии по медицине американскому ученому Ральфу Штайнману оказалась недолгой. Спустя всего несколько часов после торжественного объявления выяснилось, что ученый умер в конце прошлой недели.

Как сообщили журналистам в Университете Рокфеллера, где и работал 68-летний иммунолог, Р.Штайнман умер 30 сентября.

Нобелевскую премию ученый должен был получить за открытие дендритов (древовидных клеток, которые выполняют важные иммунорегуляторные функции). Теперь же непонятно, будет ли премия вручена посмертно, что в целом будет противоречить правилам Нобелевского комитета.

Согласно уставу, Нобелевская премия может быть присуждена посмертно только в том случае, если претендент был жив в момент объявления о присуждении ему премии, но не дожил до 10 декабря, когда происходит торжественная церемония награждения. Этот пункт неоднократно подвергался критике.

Помимо Р.Штайнмана, премия также досталась Брюсу Бетлеру и Джулсу Хоффману за исследования в области врожденного иммунитета.

Открытия Нобелевских лауреатов 2011г. позволили сделать выводы о том, как работает иммунная система, каковы фазы ее ответа на вторжение извне. Все это позволило лучше понять, каким образом развивается болезнь, а значит, дало новые направления в области борьбы с недугом. Открытие ученых позволит найти новые способы лечения и предотвращения инфекционных и раковых заболеваний, отмечается в материалах Каролинского института, присуждающего премии.

http://top.rbc.ru/society/03/10/2011/618474.shtml

[SoaT]

http://screen.battlefox.ru/data/570/u54.jpg

Испытан прообраз сверхъёмкой литиевой батареи

Учёные построили экспериментальный электрод для литиевого аккумулятора, который удерживает в десять раз больше энергии и заряжается в десять раз быстрее традиционного аналога. До рынка эта разработка должна добраться за три-пять лет, уверяют её авторы.

Гарольд Кунг (Harold H. Kung) и его коллеги из Северо-Западного университета сосредоточили свои усилия на аноде литиевой батареи. От его параметров зависит, сколько ионов лития он может удерживать во время зарядки и как быстро он способен их принять.

В обычной батарее анод составлен из огромного множества слоёв графита (фактически тут можно говорить о графене – одноатомных углеродных листах). Такой материал может удерживать один атом лития на каждые шесть атомов углерода.

Исследователи давно пробуют заменить углерод кремнием, тот способен захватывать по четыре атома лития на каждый свой атом. Но в процесс захвата и отдачи лития кремний очень сильно расширяется и сжимается, что приводит к разрушению электрода и быстрому падению ёмкости батареи.

Чтобы решить эту проблему, Гарольд и его соратники придумали графено-кремниевый композит. Графеновые листы, между которыми зажаты кластеры из атомов кремния, своей податливостью и подвижностью обеспечили пространство для изменения объёма электрода без его разрушения.

Что до скорости зарядки, то авторы электрода тоже нашли способ поднять её на порядок. С помощью химического процесса они создали в графеновых листах набор отверстий (дефектов в плоскости) поперечником по 10-20 нанометров каждое.

Эти углеродные вакансии значительно повысили скорость диффузии ионов через листы композита, сообщают авторы новинки в журнале Advanced Energy Materials.

Окна в углеродных слоях позволяют литию быстрее достигать внутренних слоёв бутерброда, нежели это происходит в обычном электроде.

Все вместе эти инновации позволили существенно поднять параметры батареи. «Даже после 150 зарядов, которые означают год или более работы, эта батарея всё ещё в пять раз более эффективна, чем литиево-ионные аккумуляторы, присутствующие на рынке сегодня», — говорит Кунг.

membrana.ru/particle/17126

[Al 777]

«Кьюриосити» собрал гигапиксельную панораму Марса

122109
Панорама Марса
NASA

Работающие с данными ровера «Кьюриосити» специалисты NASA опубликовали гигапиксельную панораму Марса, собранную из почти 900 отдельных снимков. В оригинальном виде панораму можно просмотреть (http://mars.nasa.gov/multimedia/interactives/billionpixel/) на специальной странице NASA, ее сжатую версию (~159 мегабайт) можно скачать (http://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA16919) с сайта лаборатории JPL, там же приводится описание изображения.

Большинство (850) снимков, из которых собрана панорама, было получено длиннофокусной камерой Mastcam, еще 21 фотография была сделана широкоугольной камерой того же инструмента и 25 дополнительных черно-белых изображений были сделаны навигационной камерой Navcam.

Все снимки были сделаны в период с 5 октября по 16 ноября 2012 года на песчаном участке, получившем название Рокнест, где ровер ранее отбирал пробы грунта. На панораме можно рассмотреть близкие участки поверхности Марса, которые выглядят по-разному из-за различий в освещении и разного количества пыли в атмосфере планеты.

«Кьюриосити» опустился на поверхность Красной планеты 6 августа 2012 года. За время пребывания он уже успел обнаружить свидетельства существования на поверхности планеты воды, чей химический состав допускает существование живых организмов.


http://lenta.ru/news/2013/06/20/gigacuriosity/