Но не в меньшей степени это бывает важно еще до начала таких работ. При всех шести посадках людей на Луну астронавты были вынуждены брать на себя ручное управление, отключая автоматическую посадку. Как минимум в первой высадке это существенно повысило безопасность людей: автоматика вела посадочный лунный модуль в район, наполненный валунами, где при посадке аппарат рисковал опрокинуться. Только переход на ручное управление позволил прилуниться в безопасной зоне. Теперь отдел главного инспектора NASA выпустил итоги аудита программы лунного посадочного модуля для второй лунной гонки. В ней он выразил серьезную озабоченность ситуацией в смысле ручного управления. Кроме ссылки на лунные экспедиции, показывающие нужду в ручном управлении, отчет об аудите упоминает и печальный опыт Starliner, недавно испытанного на людях космического корабля Boeing. В силу ошибок конструкторов тогда у экипажа из двух человек не было никаких эффективных средств управления, что «потенциально могло привести к потере экипажа», отметили в документе. Хотя отчет не говорит об этом, но опыт автоматической посадки на Луну аппаратов без людей в 2020-х тоже довольно печальный. Почти все попытки посадки заканчивались крушением (включая российскую «Луну-25») или кувырком прилунившегося модуля. Ясно, что если лунный модуль с людьми при автоматической посадке кувыркнется или просто разобьется из-за ошибки автоматики, потеря экипажа станет практически неизбежной. Несмотря на это, между NASA и SpaceX происходит недопонимание в вопросе о ручном контроле посадки. Отчет не описывает расхождения в деталях, но отраслевые наблюдатели из США напоминают, что подобная история уже была с пилотируемым кораблем Dragon. NASA хотело видеть на нем возможность ручного управления с ручкой по типу авиационной, как на прошлых кораблях Агентства. Но Маска сложно переубедить, а он тогда настаивал на управлении только через тачскрины. С трудом был согласован компромиссный вариант: в корабле оставили только тачскрины, но с опцией ручного управления. Многие в космической отрасли тогда скептически отзывались о возможности тачскрина обеспечить полноценное управление космическим кораблем при посадке и в некоторых других сложных ситуациях, требующих мгновенных решений. Новый отчет констатирует, что при текущем положении дел SpaceX может просто затребовать себе разрешение на сдачу Агентству лунной версии Starship (пилотируемый посадочный модуль, как он проходит по документам) без ручной системы управления, с чисто автоматической посадкой. Однако в этом случае риски для лунной посадки существенно вырастут. Документ напоминает, что садиться в этот раз придется не на в основном ровных экваториальных равнинах, как в 1960-х, а на исключительно пересеченной местности у лунного полюса. Где, с одной стороны, куда больше интересных науке объектов, но, с другой, много и валунов диаметром до 20 метров, и кратеров. Стоит посадочной ноге лунного модуля угодить на такое, и он может опрокинуться. Ручное управление в такой ситуации могло бы оказаться небесполезным. Составители отчета также высказали сомнения в лифте Starship. Люк для выхода на поверхность у корабля будет на высоте более 35 метров, что больше Статуи Свободы (если измерять до головы, а не до факела). Поэтому без лифта подняться или спуститься будет нельзя. Это отличает ситуацию от лунных модулей прошлого, где спуск шел по лестнице, которую сломать сложно. Механизмы лифта же открыты и могут получить порцию лунной пыли с последующей потерей функциональности. Документ констатирует: испытания лунного лифта до пилотируемого полета не намечены, что также повышает риски. Тестирование лифта лунного Starship на Земле заставляет его выглядеть простым и надежным. Менее понятно, насколько надежным он будет в условиях контакта с лунной пылью, которая еще во время первой лунной гонки создала астронавтам серьезные технические проблемы. Ответ на этот вопрос американские астронавты нащупают во время первой высадки на Луну в 2028-2029 годах / © SpaceX Наконец, документ констатирует, что испытательные посадки лунного Starship на Луну без людей не будут включать тестирование системы жизнеобеспечения, шлюзов и лифта. Это означает, что по сути все три компонента в лунных условиях впервые будут полноценно испытаны уже в пилотируемом полете. Каким будет выход из этой ситуации — пока неясно. Альтернатив SpaceX не то чтобы много. Blue Origin, делающая альтернативный посадочный модуль, пока находится на существенно менее продвинутой стадии реализации проекта. Например, ее разработчики пока даже на словах не проинформировали Агентство, как именно будет устроено их ручное управление.

Восточные москитные рыбы (Gambusia holbrooki) изначально появились в Северной Америке и были внедрены в различные водоемы для борьбы с личинками комаров. Однако со временем выяснилось, что этот инвазивный вид наносит значительный ущерб пресноводным экосистемам. Эти рыбы охотятся не только на комаров, но и на других беспозвоночных, личинок амфибий и зоопланктон. Воздействие москитных рыб на экосистему давно беспокоило ученых, однако влияние фактора брачного поведения часто опускали. При этом данный вид обладает выраженным половым диморфизмом: самки крупнее самцов и отличаются от них по ряду поведенческих характеристик. Международный коллектив исследователей выяснил, как вариации в брачном поведении внутри вида восточных москитных рыб влияют на сообщества их жертв. Результаты научной работы опубликовал журнал Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. Для изучения вопроса организовали серию экспериментов в контролируемых условиях. Использовали большие резервуары (мезокосмы), которые имитировали пресноводные экосистемы. В каждый резервуар добавили осадок и планктон из близлежащего пруда, чтобы воссоздать естественную среду обитания. Рыб отсортировали по полу и запустили в емкости с разными соотношениями самцов и самок — от полного отсутствия особей мужского пола (только женские особи) до их 100%-ного преобладания (только мужские особи), включая варианты с 25%, 50% и 75% самцов. Также был предусмотрен контрольный резервуар без рыб. Известно, что самцы москитных рыб ведут себя агрессивно и навязчиво по отношению к самкам: постоянно преследуют их с целью спаривания, используя принуждение вместо ухаживания. Такое поведение называют сексуальными домогательствами (sexual harassment) в биологическом контексте. [shesht-info-block number=1] В водоемах с высокоагрессивными особями мужского пола наблюдалось более сильное сокращение численности крупных зоопланктеров и даже уменьшение их среднего размера, а также рост обилия водорослей из‑за снижения пресса со стороны зоопланктона. В прудах с низкоагрессивными самцами эти эффекты были выражены слабее: численность и размер зоопланктона оставались выше. Так произошло, поскольку навязчивое преследование заставляет женских особей тратить больше энергии на уклонение, а не на поиск пищи, что позволяет их жертвам лучше выживать. Кроме того, лишенные постоянного преследования микроорганизмы могут не прятаться так глубоко, а сами уделить больше внимания размножению и пропитанию. В результате самки потребляют меньше зоопланктона, и их поведение косвенно влияет на всю пищевую цепь. При этом сами мужские особи, занятые преследованием партнерш, тоже меньше охотятся на беспозвоночных.

Но не в меньшей степени это бывает важно еще до начала таких работ. При всех шести посадках людей на Луну астронавты были вынуждены брать на себя ручное управление, отключая автоматическую посадку. Как минимум в первой высадке это существенно повысило безопасность людей: автоматика вела посадочный лунный модуль в район, наполненный валунами, где при посадке аппарат рисковал опрокинуться. Только переход на ручное управление позволил прилуниться в безопасной зоне. Теперь отдел главного инспектора NASA выпустил итоги аудита программы лунного посадочного модуля для второй лунной гонки. В ней он выразил серьезную озабоченность ситуацией в смысле ручного управления. Кроме ссылки на лунные экспедиции, показывающие нужду в ручном управлении, отчет об аудите упоминает и печальный опыт Starliner, недавно испытанного на людях космического корабля Boeing. В силу ошибок конструкторов тогда у экипажа из двух человек не было никаких эффективных средств управления, что «потенциально могло привести к потере экипажа», отметили в документе. Хотя отчет не говорит об этом, но опыт автоматической посадки на Луну аппаратов без людей в 2020-х тоже довольно печальный. Почти все попытки посадки заканчивались крушением (включая российскую «Луну-25») или кувырком прилунившегося модуля. Ясно, что если лунный модуль с людьми при автоматической посадке кувыркнется или просто разобьется из-за ошибки автоматики, потеря экипажа станет практически неизбежной. Несмотря на это, между NASA и SpaceX происходит недопонимание в вопросе о ручном контроле посадки. Отчет не описывает расхождения в деталях, но отраслевые наблюдатели из США напоминают, что подобная история уже была с пилотируемым кораблем Dragon. NASA хотело видеть на нем возможность ручного управления с ручкой по типу авиационной, как на прошлых кораблях Агентства. Но Маска сложно переубедить, а он тогда настаивал на управлении только через тачскрины. С трудом был согласован компромиссный вариант: в корабле оставили только тачскрины, но с опцией ручного управления. Многие в космической отрасли тогда скептически отзывались о возможности тачскрина обеспечить полноценное управление космическим кораблем при посадке и в некоторых других сложных ситуациях, требующих мгновенных решений. Новый отчет констатирует, что при текущем положении дел SpaceX может просто затребовать себе разрешение на сдачу Агентству лунной версии Starship (пилотируемый посадочный модуль, как он проходит по документам) без ручной системы управления, с чисто автоматической посадкой. Однако в этом случае риски для лунной посадки существенно вырастут. Документ напоминает, что садиться в этот раз придется не на в основном ровных экваториальных равнинах, как в 1960-х, а на исключительно пересеченной местности у лунного полюса. Где, с одной стороны, куда больше интересных науке объектов, но, с другой, много и валунов диаметром до 20 метров, и кратеров. Стоит посадочной ноге лунного модуля угодить на такое, и он может опрокинуться. Ручное управление в такой ситуации могло бы оказаться небесполезным. Составители отчета также высказали сомнения в лифте Starship. Люк для выхода на поверхность у корабля будет на высоте более 35 метров, что больше Статуи Свободы (если измерять до головы, а не до факела). Поэтому без лифта подняться или спуститься будет нельзя. Это отличает ситуацию от лунных модулей прошлого, где спуск шел по лестнице, которую сломать сложно. Механизмы лифта же открыты и могут получить порцию лунной пыли с последующей потерей функциональности. Документ констатирует: испытания лунного лифта до пилотируемого полета не намечены, что также повышает риски. Тестирование лифта лунного Starship на Земле заставляет его выглядеть простым и надежным. Менее понятно, насколько надежным он будет в условиях контакта с лунной пылью, которая еще во время первой лунной гонки создала астронавтам серьезные технические проблемы. Ответ на этот вопрос американские астронавты нащупают во время первой высадки на Луну в 2028-2029 годах / © SpaceX Наконец, документ констатирует, что испытательные посадки лунного Starship на Луну без людей не будут включать тестирование системы жизнеобеспечения, шлюзов и лифта. Это означает, что по сути все три компонента в лунных условиях впервые будут полноценно испытаны уже в пилотируемом полете. Каким будет выход из этой ситуации — пока неясно. Альтернатив SpaceX не то чтобы много. Blue Origin, делающая альтернативный посадочный модуль, пока находится на существенно менее продвинутой стадии реализации проекта. Например, ее разработчики пока даже на словах не проинформировали Агентство, как именно будет устроено их ручное управление.

Государство Ичма существовало на территории современного Перу приблизительно с 1000 по 1470 год нашей эры, пока не было поглощено цивилизацией инков. Главным религиозным центром культуры ичма был город Пачакамак, располагавшийся на берегу Тихого океана, в 40 километрах от современной перуанской столицы Лимы. Во время раскопок в Пачакамаке, в одной из каменных гробниц, принадлежавшей представителю элиты ичма, археологи нашли хорошо сохранившиеся перья попугаев. Известно, что яркие перья амазонских попугаев высоко ценились в древних культурах тихоокеанского побережья: они были одним из самых престижных символов статуса и власти, использовались в религиозных ритуалах и церемониях. Однако Перу и естественный ареал обитания этих птиц — тропические леса Амазонии — разделяют Анды, один из самых высоких горных хребтов мира, поэтому исследователям было неясно, как именно происходили добыча и доставка перьев на побережье. Особенно если учесть, что, как считалось до сих пор, доинкские культуры Андского региона были изолированными, а разветвленная сеть мощеных дорог и, соответственно, торговых путей появилась там только с приходом инков. Международная группа исследователей, статья которых опубликована в журнале Nature Communications, смогла реконструировать путь, проделанный живыми попугаями, чьи перья нашли в Пачакамаке, из Амазонии в Перу. Ученые пришли к выводу, что задолго до инков у ичма существовала процветающая сложная сеть торговли животными, которая связывала амазонскую сельву с засушливыми районами к западу от Анд. Анализ ДНК, выделенной из бородок перьев попугаев, показал, что они принадлежали четырем видам амазонских ара: красному ара (A. Macao), сине-желтому ара (A. Ararauna), зеленокрылому ара (A. Chloropterus) и мучнистому амазону (Amazona farinosa). Все они обитают во влажных тропических лесах к востоку от Анд, в сотнях километров от тихоокеанского побережья. Геномный анализ продемонстрировал высокое генетическое разнообразие: значит, птиц поймали в дикой природе, а не вывели на месте. Анализ стабильных изотопов углерода и азота в перьях показал, что когда эти перья выросли, птицы уже не обитали в тропическом лесу. Они питались такими богатыми азотом растениями, как маис (кукуруза), просо, сорго, которые характерны для засушливого климата побережья Перу, к тому же удобренными гуано морских птиц. Это говорит о том, что попугаев живыми перевезли через Анды и содержали на побережье достаточно долго для того, чтобы в новой среде обитания у них отросли новые перья. С помощью компьютерного моделирования исследователи также определили наиболее вероятные торговые пути, которые использовались для транспортировки птиц. Первый маршрут, скорее всего, проходил по северу, соединяя территорию государства Ичма с двумя другими могущественными прибрежными политическими образованиями, Чиму и Сикан. Эта версия подтверждается археологическими данными о давних торговых связях между культурами северной части побережья Тихого океана и племенами Амазонии. Более прямой, центральный путь проходил от Пачакамака на восток, через андское высокогорье, и, видимо, включал в себя путешествие по горным рекам. Транспортировка попугаев, вероятно, занимала недели или даже месяцы, поскольку путешественники преодолевали труднопроходимые горные перевалы, крутые плато и речные пороги, предположили ученые. «Наше исследование ставит под сомнение давно устоявшиеся предположения о том, что доинкские общества были изолированы или фрагментированы. Вместо этого мы видим свидетельства существования организованного обмена, экологических знаний и логистического планирования, благодаря которым связывались совершенно разные сообщества. Причем происходило это задолго до того, как дороги инкской империи эти связи формализовали», — отметил ведущий автор исследования Джордж Олах из Австралийского национального университета.

Основное беспокойство вызывает состав энергетиков, изобилующих вредными компонентами. Прежде всего, речь идет о высоком содержании различных сахаров, включая декстрозу, мальтозу и глюкозно-фруктозный сироп. Все они способствуют резкому скачку уровня глюкозы в крови, что значительно повышает риск развития диабета второго типа и разрушения зубной эмали. Во-вторых, присутствующие в напитке лимонная кислота и цитрат натрия могут повлиять на pH слюны, дополнительно ослабляя защитную оболочку зубов и создавая благоприятные условия для бактериального поражения десен и эмали. Отдельного внимания заслуживает присутствие в составе таурина, необходимого организму лишь в определенных количествах. Это серосодержащая аминокислота нужна для нормальной работы сердца, мозга, глаз, а также помогает перерабатывать жиры и усваивать важные микроэлементы. «Таурин в пищевых продуктах, как вещество, редкость. В организме человека он образуется из метионина и цистеина, необходим для конъюгирования желчных кислот в печени, а они, в свою очередь, способствуют всасыванию из кишечника пищевых липидов и жирорастворимых витаминов. То есть избыточное потребление может провоцировать ожирение», — отметила Виктория Стрижевская. По ее словам, продукты с повышенным содержанием таурина или биологически активные добавки с таурином используются в диетическом питании при лечении заболеваний мышц, центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы — митохондриальных заболеваний, в том числе митохондриальной энцефалопатии, лактоацидоза и инсультоподобных эпизодов, сахарного диабета второго типа, воспалительных заболеваний (преимущественно — артрита). Для здорового организма такое вещество в избыточном количестве может представлять угрозу. Кроме того, специалист Саратовского медуниверситета обратила внимание на содержание кофеина в энергетиках, который считается мощным стимулятором нервной системы. «Как добавка, кофеин, в основном, синтезируется, а не получается из природных источников, типа кофе, чая и какао. У меня сомнения в эффективности воздействия. Одна и та же доза может высвобождаться по-разному: чистое вещество сразу, а из природных источников постепенно», — отметила специалист. Таким образом, регулярное употребление энергетиков не только оказывает влияние на сердце, зубную эмаль и нервную систему, как предупреждают врачи, но и приводит к серьезным метаболическим нарушениям.

О том, что каннабис негативно влияет на работу памяти, ученые знают давно. Предыдущие эксперименты показали, что главный психоактивный компонент марихуаны — тетрагидроканнабинол (ТГК) — ухудшает кратковременную и рабочую память, затрудняя запоминание новой информации. Правда, большинство подобных исследований были сосредоточены только на одном виде памяти — способности запоминать списки слов. Последняя между тем состоит из разных систем: мы должны не забывать о том, что нужно сделать позже, помнить, где слышали ту или иную информацию и порядок, в котором происходили события.   Чтобы проверить, как именно ТГК влияет на разные типы памяти одновременно, психологи из Университета штата Вашингтон (США) провели контролируемый рандомизированный двойной слепой эксперимент. В нем участвовали 120 взрослых, регулярно употребляющих марихуану. Всех испытуемых случайным образом распределили на три группы: первая получала плацебо без ТГК, вторая — 20 миллиграммов, третья — 40 миллиграммов. Вещество вдыхали через вапорайзер, после чего около часа выполняли серию когнитивных тестов. [shesht-info-block number=1] Тестирование включало в себя задачи на работу разных типов памяти: вербальную (запоминание слов), зрительно-пространственную, перспективную память — способность помнить о будущих действиях, память об источниках полученной информации, а также склонность к ложным воспоминаниям и способность восстанавливать порядок событий. Результаты научной работы, представленной в журнале Journal of Psychopharmacology, показали, что участники, получавшие ТГК, хуже справлялись почти со всеми тестами. Они плохо запоминали слова и изображения, чаще путались в последовательности событий и испытывали трудности с задачами на перспективную память. Например, забывали выполнить действие, когда появлялся нужный сигнал. Особенно заметным оказался рост ложных воспоминаний: люди под действием каннабиса чаще называли слова, которых в списке не было. [shesht-info-block number=2] При этом разницы между дозами в 20 и 40 миллиграммов практически не было: даже умеренное количество ТГК заметно ухудшало результаты. Это первая работа, которая наглядно показала влияние марихуаны на разные виды памяти и когнитивные функции, необходимые в повседневной жизни. Открытие также согласуется с современными представлениями нейробиологов: воздействие тетрагидроканнабинола на рецепторы эндоканнабиноидной системы широко распространено в гиппокампе и префронтальной коре — областях мозга, критически важных для обучения и памяти. Таким образом, острая интоксикация каннабисом влияет не на один отдельный механизм работы памяти, а на многие сразу. В условиях растущей легализации марихуаны в мире подобные исследования помогают лучше понять его краткосрочные когнитивные последствия и оценить риски в ситуациях, где точность имеет значение.

Темная материя считается одним из ключевых компонентов космоса. Впервые о возможности ее существования заговорил Фриц Цвикки еще в 1930-х. Позже, наблюдая за вращением галактик, Вера Рубин и Кент Форд показали, что видимого вещества недостаточно для объяснения их динамики. Сегодня ученые предполагают, что темная материя играет решающую роль в формировании галактик и крупномасштабной структуры Вселенной — структуры распределения вещества на самых больших наблюдаемых масштабах. Правда, природа этой таинственной субстанции по-прежнему не известна. Возможными кандидатами на роль темной материи долгое время считались слабо взаимодействующие массивные частицы — вимпы (WIMPs). Помимо того, что они неплохо вписываются в Стандартную космологическую модель, популярность им принесло так называемое WIMP-чудо: теоретическое совпадение, объясняющее наблюдаемую сегодня плотность темной материи. Вот только ни один эксперимент не дал однозначного подтверждения существования вимпов, поэтому исследователи активно изучают и другие варианты, о чем Naked Science рассказывал ранее. В последние годы важным инструментом для изучения Вселенной стали гравитационные волны (гравиволны) — рябь пространства-времени, возникающая при ускоренном движении массивных объектов. Напомним, их существование было предсказано Альбертом Эйнштейном, а первое прямое обнаружение состоялось в 2015 году. С тех пор гравитационно-волновая астрономия быстро развивается: детекторы LIGO, VIRGO и KAGRA регистрируют десятки событий, а будущие интерферометры, включая LISA, Taiji и TianQin, смогут наблюдать низкочастотные волны от гораздо более массивных и удаленных систем. [shesht-info-block number=1] Авторы нового исследования, опубликованного на сервере препринтов Корнеллского университета, рассмотрели несколько механизмов, с помощью которых темная материя может влиять на гравитационные волны. Выяснилось, что она способна менять динамику самих источников волн. Например, если вокруг сверхмассивной черной дыры существует плотное облако темной материи, объект меньшей массы — черная дыра или нейтронная звезда — будет постепенно терять энергию не только из-за излучения гравиволн, но и из-за взаимодействия с окружающей невидимой материей. Такой эффект называют динамическим трением: частицы темной материи создают дополнительное сопротивление движению объекта, в результате чего его орбита эволюционирует медленнее или быстрее. Это, в свою очередь, отражается на фазе и форме гравитационного сигнала, который регистрируют детекторы. [shesht-info-block number=2] Кроме того, темная материя может влиять на распространение самих гравиволн. Если на пути сигнала находятся плотные скопления невидимого вещества, они могут действовать как своеобразные гравитационные линзы, искривляя траекторию волн и меняя их амплитуду. В некоторых случаях это способно приводить к характерным колебаниям интенсивности сигнала или даже к появлению нескольких копий одной и той же волны, пришедших к детектору с небольшим временным запаздыванием. При этом влияние темной материи может проявляться непосредственно в детекторах, теоретически оставляя в данных характерный периодический сигнал. К этим выводам астрофизики пришли, проведя теоретические расчеты того, как облака темной материи вокруг черных дыр и прочих компактных объектов влияют на их орбиты и форму регистрируемых гравиволн. [shesht-info-block number=3] Если подобные эффекты удастся обнаружить в реальных наблюдениях, гравитационно-волновая астрономия может стать новым инструментом поиска темной материи. В этом случае ученые смогут изучать ее свойства не через редкие столкновения частиц в лабораториях, а по тонким искажениям сигналов от космических катастроф. Впервые «увидеть» распределение невидимого вещества во Вселенной позволят будущие интерферометры, прежде всего миссия LISA, запуск которой запланирован на 2034 год.

Миокардит — воспалительное заболевание сердечной мышцы, которое может развиваться после инфекции или на фоне иммунных нарушений. Оно остается одним из самых сложных для неинвазивной диагностики: до сих пор не существует лабораторного теста, позволяющего уверенно подтвердить или исключить диагноз. «Золотым стандартом» остается биопсия миокарда, однако метод инвазивен и применяется ограниченно, а такие распространенные маркеры, как тропонин и С-реактивный белок, при миокардите часто остаются в пределах нормы. Идея исследования была связана с поиском доступных неинвазивных маркеров иммунного воспаления. Свободные легкие цепи иммуноглобулинов являются продуктом активности B-лимфоцитов, которые играют важную роль в патогенезе миокардита, однако ранее этот показатель практически не использовался в диагностике воспалительных заболеваний миокарда. Результаты исследования опубликованы в международном журнале Diagnostics. «Мы постоянно ищем альтернативные неинвазивные маркеры, потому что ни МРТ, ни анализ на тропонин не позволяют надежно оценить активность процесса. Свободные легкие цепи давно применяются в других областях медицины, и было логично проверить их значение у пациентов с миокардитом», — отметила профессор кафедры кардиологии Сеченовского Университета Ольга Благова. В исследование вошли 99 пациентов: у 50 из них миокардит был подтвержден, у 49 диагностированы невоспалительные заболевания сердца. Ученые оценивали уровни свободных легких цепей κ- и λ-типа и сопоставляли их с клиническими проявлениями сердечной недостаточности и биомаркерами повреждения миокарда. Результаты показали, что повышение уровня свободных легких цепей выявлялось более чем у половины пациентов с миокардитом. При этом у этих пациентов данный показатель был связан с выраженностью сердечной недостаточности и ухудшением насосной функции сердца, а также с биохимическими маркерами повреждения сердечной мышцы. Это говорит о том, что свободные легкие цепи отражают не просто наличие воспаления, а тяжесть и неблагоприятное течение заболевания. Отдельный интерес представили данные пациентов, получавших иммуносупрессивную терапию: у них уровень свободных легких цепей κ-типа был ниже, чем у пациентов без такого лечения, что может свидетельствовать о чувствительности показателя к подавлению иммунного воспаления. Кроме того, определение свободных легких цепей позволило выявить у части пациентов амилоидоз — заболевание, которое на ранних этапах может клинически напоминать миокардит. Авторы отмечают, что при ограниченной доступности биопсии и неоднозначных результатах стандартных анализов определение свободных легких цепей иммуноглобулинов может стать полезным дополнительным инструментом наблюдения за пациентами с миокардитом и оценки риска прогрессирования сердечной недостаточности.

Зима в умеренных широтах — суровое испытание для многих животных. Чтобы пережить временный холод и голод, многие из них выработали особые механизмы сезонной адаптации. Например, у насекомых это диапауза — фаза покоя, когда замедляется обмен веществ, что позволяет долго оставаться без пищи. Во время этого состояния организмы практически не нуждаются в энергии, они не размножаются и почти не растут, но их жизнедеятельность продолжается, хоть и с гораздо более медленным протеканием обменных процессов. Шмелиные матки отлично освоили этот навык. После спаривания будущая королева роет в земле крошечную камеру — не глубже 15 сантиметров — и погружается в спячку на шесть, а то и на девять месяцев. Она единственная из всей колонии доживет до весны. Рабочие особи и самцы погибают еще до наступления холодов. Подземное убежище спасает от морозов, но не от других напастей: в почве королеву подстерегают паразиты, плесень, пестициды, а также талые и грунтовые воды, которые подтапливают норы. Чтобы лучше понять, как неблагоприятные климатические условия влияют на живые организмы, способные к диапаузе, группа канадских биологов под руководством Сабрины Рондо (Sabrina Rondeau) из Гуэлфского университета в 2024 году провела эксперимент с матками шмелей Bombus impatiens.  [shesht-info-block number=1] Ученые создали для насекомых условия, приближенные к зимним, и поместили маток в пробирки с землей, а после поместили в холодильник. В один из дней, проверяя подопечных, Рондо обнаружила, что из-за конденсата часть пробирок заполнилась водой. Четыре матки оказались полностью затоплены. К удивлению исследовательницы, все они были живы. Чуть позже Рондо и ее коллеги на примере более ста маток Bombus impatiens доказали, что насекомые способны выживать под водой до семи дней.  Теперь другая канадская группа биологов под руководством Шарля-Антуана Дарво (Charles-Antoine Darveau) из Оттавского университета попыталась выяснить, какой именно физиологический механизм помогает шмелям пережить такое испытание. [shesht-info-block number=2] Дарво вместе с коллегами использовали специальные лабораторные камеры и датчики, чтобы измерить дыхание королев Bombus impatiens. Оказалось, что, находясь под водой, насекомые продолжают потреблять кислород и выделять углекислый газ.  Приборы фиксировали небольшое, но стабильное образование углекислого газа. Оно продолжалось через несколько дней после полного погружения. Одновременно исследователи заметили уменьшение уровня растворенного кислорода в воде. Эти данные указывали на одно — королевы дышали под водой. Но каким образом? Авторы научной работы объяснили, что секрет кроется в диапаузе. Такое возможно благодаря крайне медленному обмену веществ. Во время диапаузы метаболизм шмелей падает на 99 процентов и организм начинает тратить минимальное количество энергии. Под водой метаболизм замедляется еще сильнее. Поэтому даже того небольшого количества кислорода, которое поступает из воды, хватает, чтобы поддерживать жизнедеятельность. Однако, судя по всему, этот приток невелик, и организм частично компенсирует нехватку энергии за счет анаэробного обмена. Королева Bombus impatiens в пробирке с водой / © Charles-Antoine Darveau Биологи выяснили, что у погруженных в воду королев в тканях накапливается лактат (молочная кислота) — продукт обмена веществ, который образуется в клетках при нехватки кислорода. То есть такой способ получения энергии не требует участия кислорода. Похожий механизм включается у человека во время очень интенсивных нагрузок, например, во время спринта. Период восстановления шмелей тоже оказался необычным. Когда насекомых доставали из воды, уровень лактата в их организме начинал снижаться и возвращался к норме примерно через семь дней. В первые дни после извлечения из воды королевы тратили много энергии, чтобы прийти в себя, поэтому скорость обмена веществ резко возрастала. Однако затем их метаболизм снова замедлялся до обычных для диапаузы значений. Уже через два-три дня королевы начинали двигаться, но полное восстановление метаболизма занимало до недели. Теперь перед биологами стоит задача выяснить, каким образом шмели получают кислород под водой. Некоторые насекомые используют дыхательные трубки, напоминающие миниатюрные трубки для подводного плавания. Другие переносят с собой пузырек воздуха.  Дарво предположил, что у шмелей, скорее всего, работают так называемые физические жабры. Это не отдельный орган, а тонкий слой воздуха, который удерживается на поверхности тела насекомого благодаря многочисленным волоскам. Пленка образует границу между телом и водой. Кислород, растворенный в воде, постепенно проникает через эту воздушную прослойку в стигмы (дыхательные отверстия на теле), а затем через них попадает в трахеи — систему тонких трубок, по которым воздух у насекомых доставляется к тканям. В обратном направлении углекислый газ проделывает тот же путь: : из трахей он попадает в воздушную пленку, а из нее — в воду, где хорошо растворяется. Благодаря такому обмену газами слой воздуха на поверхности тела может работать как своеобразная «жабра», позволяя насекомому получать кислород даже под водой.  [shesht-info-block number=3] С эволюционной точки зрения механизм дыхания под водой у шмелей вполне логичен. Дарво объяснил, что предки соврменных шмелей появились на планете 25-40 миллионов лет назад. В ту эпоху климат резко изменился, и шмели освоили холодные арктические и альпийские регионы. Там, где есть снег, есть и талая вода. Поэтому к новым условиям пришлось приспосабливаться.  По мнению исследователей, способность дышать под водой наверняка распространена среди большинства из 250 видов шмелей, которые сегодня встречаются на Земле. Научная работа опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B.

Обнаружение археологами костяных игл и шильев обычно объясняется просто и очевидно: древние люди использовали их для шитья одежды. Эта гипотеза легла в основу многих теорий о расселении человечества — считается, что именно умение создавать теплую одежду позволило нашим предкам выживать в холодном климате и осваивать новые территории. Однако этнографические наблюдения за традиционными обществами в эту картину не укладывались: многие коренные народы применяют костяные острия далеко не только для шитья. Группа ученых из Университета Вайоминга (США) проверила назначение игл, найденных на археологических памятниках. Результаты их работы опубликовал журнал PLOS One. Они проанализировали данные 59 групп коренного населения Северной Америки, проживающих в самых разных климатических условиях: от арктических пустынь Аляски до пустынь американского Юго-Запада. Авторы систематизировали сотни этнографических документов и зафиксировали 1192 отдельных случая использования игл и шильев. Всего выявили 92 различных способа применения этих инструментов. Исследователи разделили их на две большие категории: терморегуляционные, связанные с защитой от холода, и альтернативные. На долю терморегуляционных функций — изготовление одежды, обуви, одеял и жилищ — пришлась лишь треть всех упоминаний, а точнее 31%. Остальные 69% случаев использования игл и шильев никак не были связаны с защитой от холода. [shesht-info-block number=1] Лидером среди альтернативных применений оказались церемонии и ритуалы: инструменты использовались как сакральные предметы или для создания ритуальной атрибутики. Широко распространено было применение игл для татуировок. Медицинское использование включало наложение хирургических швов. Женщины многих народов активно применяли шилья для плетения корзин и циновок, а также для обработки шкур при создании покрытий для жилищ или лодок. Иглы также использовали в качестве товара при обмене и даже как элемент рыболовных снастей. Кроме того, исследователи сопоставили каждое этнографическое упоминание со средней минимальной температурой самого холодного месяца в месте проживания конкретной группы. Чем холоднее был климат, тем выше становилась вероятность обнаружить в хозяйстве народа иглы и шилья. При средней температуре самого холодного месяца минус 35 градусов вероятность наличия этих инструментов в этнографическом описании составляла 52%. В теплых регионах, где зимняя температура поднималась почти до плюс 13 градусов, эта вероятность падала до 37%. Отметим, что использованная в работе база данных имеет ряд недостатков. Так, применение современных климатических данных не учитывает возможные локальные изменения температуры за прошедшие 100-150 лет. Кроме того, этнографы могли фиксировать самые экзотические и необычные практики, опуская рутинные и широко распространенные.

Саркопения — потеря физической массы с возрастом — приводит к старческой немощи, травмам при падениях, снижению подвижности и ухудшению общего здоровья людей. Врачи борются с этой патологией в основном через лечебную физкультуру и белковые диеты. Биологи в последние годы активно изучали влияние микрофлоры пищеварительного тракта на глобальный обмен веществ человека. Микроорганизмы оказались тесно связаны с развитием болезней сердца и нервной системы. Поэтому клиницисты активно проверяют гипотезы о влиянии кишечного микробиома на различные физические параметры тела. В новой работе команда исследователей предметно проверила, существует ли функциональная ось «кишечник — мышцы». Результаты опубликовали в журнале Gut.  [shesht-info-block number=3] Ученые взяли образцы кала у 90 здоровых людей в возрасте от 18 до 25 лет и у 33 участников старше 65 лет. Затем добровольцы сдали спортивные нормативы по жиму ногами и жиму штанги от груди. Диагносты замерили силу хвата кистью и максимальное потребление кислорода на беговой дорожке для оценки кардиореспираторной выносливости. Анализ генома микробиоты показал четкую положительную связь между присутствием бактерий рода Roseburia и мышечной силой человека. Нужный физиологический результат давал только штамм R. inulinivorans. Присутствие других вариантов не меняло метрики спортивных достижений молодежи и пенсионеров.  Пожилые участники с R. inulinivorans в кишечнике сжимали ручной динамометр на 29% сильнее ровесников без этого микроба.  Количество нужного микроорганизма в теле человека естественным образом падало с возрастом. У здоровой молодежи химическая доля штамма доходила до 6,6%, а у стариков показатель не превышал 1,3%. [shesht-info-block number=1] Чтобы разобраться в причинно-следственной связи, исследователи провели тесты на 32 самцах мышей. Сначала животным две недели давали антибиотики, чтобы уничтожить исходную микрофлору. Затем грызунов распределили на четыре группы. Три пула животных один раз в неделю получали разные виды бактерий Roseburia. Контрольная группа жила без пересадки микробов. Эксперимент продолжался восемь недель. Мыши, принимавшие R. inulinivorans, через четыре недели показали увеличение силы хвата передними лапами на 30% по сравнению с контрольной группой. Эффект стабильно сохранялся до конца наблюдения. Другие штаммы бактерий не дали похожего результата. Гистологический анализ структуры тканей показал, что на срезах камбаловидной мышцы голени увеличился средний размер мышечных волокон. Также повысилась доля быстрых клеток второго типа, которые генерируют короткие силовые движения.  Метаболический анализ объяснил первопричину клеточных трансформаций. Жизнедеятельность бактерии R. inulinivorans требовала больших объемов готовых аминокислот. Микроорганизмы активно потребляли их внутри слепой кишки мыши.  Резкое падение уровня аминокислот в кишечнике запускало компенсаторную реакцию всего организма. Мускулатура в ответ на дефицит ресурсов активировала химические пути переработки пуринов и пентозофосфатов. Этот молекулярный сдвиг дал мышцам дополнительную энергию для интенсивного биосинтеза нуклеотидов и спровоцировал итоговый физический рост клеток. [shesht-info-block number=2] Биологи пока не смогли добиться постоянной колонизации кишечника грызунов человеческими штаммами бактерий. Микроорганизмы приносили физическую пользу только во время их курсового приема. Также химические пути передачи сигналов от желудка к мускулатуре остались пока не раскрыты. При этом ученые смогли однозначно подтвердить биологическую связь между конкретной бактерией и мышечным развитием. Вид R. inulinivorans стал главным кандидатом на создание клинических пробиотиков против старческой слабости и потери белка.

Квантовые эффекты легко разрушаются от шумов, создаваемых окружением исследуемых объектов. Чтобы минимизировать помехи, физики создают небольшие контролируемые системы, иногда состоящие из пары атомов, которые приходится тщательно изолировать от окружающей среды — охлаждать, помещать в полную темноту и тишину. Крупные системы лучше подходят для практических применений, но в них сложнее сохранять квантовую природу происходящего из-за шумов, связанных с масштабированием объекта изучения. Исследователи из Университета Джонса Хопкинса (США) разработали подход, значительно упрощающий изучение квантового мира. Созданная ими система работает макроскопическими спиновыми ансамблями, позволяет следить за их эволюцией во времени и напрямую наблюдать флуктуации спинов. Механизм исследования при этом не разрушает квантовые эффекты в системе. Чувствительность подхода настолько высока, что приближается к фундаментальному пределу, установленному законами квантовой механики. Статья об этом опубликована в журнале Nature Physics. В основе экспериментального устройства лежит сверхпроводящая схема, данные с которой считывает СКВИД (сверхпроводящий квантовый интерферометр), чрезвычайно чувствительный детектор магнитного поля. Ученые поместили внутрь приемной катушки ядра фтора-19 в тефлоне и ядра водорода в нейлоне, катушку подключили к детектору. Всю систему охлаждали до сверхнизких температур, ниже одного кельвина. Такая установка смогла считывать информацию о спинах в системе через данные о магнитном резонансе без внешнего возбуждения. [shesht-info-block number=1] Ученые использовали естественные тепловые флуктуации в сверхпроводящей микросхеме в качестве единственной движущей силы. Они настроили магнитное поле так, что частота спинового резонанса совпадала с резонансной частотой схемы. Это позволило исследователям понимать происходящее со спинами по изменению свойств сверхпроводящей схемы. Измеренные флуктуации спиновых углов точно совпадали с теоретическими расчетами, масштабировались ожидаемым образом в зависимости от числа спинов и их поляризации. Это подтверждает, что ученые увидели именно шум квантовой спиновой проекции, а не паразитные шумы. Наблюдение продолжалось 26 часов. «Предыдущие эксперименты приходили к той же точности при использовании ячеек с атомным паром, при которых в каждой ячейке находилось около 100 миллиардов атомов. Мы же достигли квантового предела точности на твердом образце с почти пятью секстиллионами (5×10²¹) спинов. Наименьший измеренный угол флуктуации составил всего девять нанорадиан — это чрезвычайно точное измерение. Примерно таков угловой размер человека, стоящего на Луне, если смотреть на него с Земли», — рассказал Александр Сушков (Alexander Sushkov), старший автор статьи. [shesht-info-block number=2] По мнению ученых, их систему можно использовать для реализации неинвазивной спектроскопии магнитного резонанса, что даст исследовать материалы и не изменяя их свойства воздействием самого исследования. Это важно при работе со взрывоопасными и сверхчувствительными веществами.

Обнаружение археологами костяных игл и шильев обычно объясняется просто и очевидно: древние люди использовали их для шитья одежды. Эта гипотеза легла в основу многих теорий о расселении человечества — считается, что именно умение создавать теплую одежду позволило нашим предкам выживать в холодном климате и осваивать новые территории. Однако этнографические наблюдения за традиционными обществами в эту картину не укладывались: многие коренные народы применяют костяные острия далеко не только для шитья. Группа ученых из Университета Вайоминга (США) проверила назначение игл, найденных на археологических памятниках. Результаты их работы опубликовал журнал PLOS One. Они проанализировали данные 59 групп коренного населения Северной Америки, проживающих в самых разных климатических условиях: от арктических пустынь Аляски до пустынь американского Юго-Запада. Авторы систематизировали сотни этнографических документов и зафиксировали 1192 отдельных случая использования игл и шильев. Всего выявили 92 различных способа применения этих инструментов. Исследователи разделили их на две большие категории: терморегуляционные, связанные с защитой от холода, и альтернативные. На долю терморегуляционных функций — изготовление одежды, обуви, одеял и жилищ — пришлась лишь треть всех упоминаний, а точнее 31%. Остальные 69% случаев использования игл и шильев никак не были связаны с защитой от холода. [shesht-info-block number=1] Лидером среди альтернативных применений оказались церемонии и ритуалы: инструменты использовались как сакральные предметы или для создания ритуальной атрибутики. Широко распространено было применение игл для татуировок. Медицинское использование включало наложение хирургических швов. Женщины многих народов активно применяли шилья для плетения корзин и циновок, а также для обработки шкур при создании покрытий для жилищ или лодок. Иглы также использовали в качестве товара при обмене и даже как элемент рыболовных снастей. Кроме того, исследователи сопоставили каждое этнографическое упоминание со средней минимальной температурой самого холодного месяца в месте проживания конкретной группы. Чем холоднее был климат, тем выше становилась вероятность обнаружить в хозяйстве народа иглы и шилья. При средней температуре самого холодного месяца минус 35 градусов вероятность наличия этих инструментов в этнографическом описании составляла 52%. В теплых регионах, где зимняя температура поднималась почти до плюс 13 градусов, эта вероятность падала до 37%. Отметим, что использованная в работе база данных имеет ряд недостатков. Так, применение современных климатических данных не учитывает возможные локальные изменения температуры за прошедшие 100-150 лет. Кроме того, этнографы могли фиксировать самые экзотические и необычные практики, опуская рутинные и широко распространенные.

В мире более семи миллионов человек в год умирает от последствий курения (в основном инфаркты и инсульты), не более трех миллионов от алкоголя и не более 0,6 миллиона — от наркотиков всех типов. Это делает курение основной проблемой общественного здравоохранения на сегодня. Существующие способы отказа от курения явно не особенно эффективны. Поэтому исследователи из США обратились к достаточно необычному новому методу. Чтобы выяснить, насколько он работает, они сравнили его со стандартным лечением курения — сочетанием 13-недельной когнитивно-поведенческой терапии и никотинового пластыря. Результаты их работы опубликовали в JAMA Network Open. Работа охватила 82 психически здоровых человека средним возрастом 47,6 года, из которых 68 прошли через полный цикл наблюдений — включая сессию через шесть месяцев от старта. 35 участникам (из 68, прошедших полный цикл) случайным образом выдали псилоцибин, компонент известных психоактивных грибов, сравнительно безопасных в том смысле, что они не вызывают привыкания (напротив, их действие ослабляется при приемах после первого). В то же время первое употребление может привести к гибели или увечьям принявшего в силу его неосторожных действий. Через полгода после приема псилоцибина желавшие бросить курить в 17 случаях не показали биохимических следов курения на протяжении длительного времени. А вот среди тех 33, кто использовал никотиновый пластырь, бросить, судя по биохимическим тестам, удалось только четырем. При этом у принимавших псилоцибин не нашли никаких существенных побочных эффектов. Отметим, что человек после приема псилоцибина от восьми до девяти часов оставался под наблюдением врачей. [shesht-info-block number=1] Работа особенно ценна тем, что участники эксперимента были курильщиками со стажем, выкуривали в среднем 15,7 сигареты в день и ранее предприняли в среднем шесть неудачных попыток бросить. Такие результаты означают, что едва ли не в половине случаев полное прохождение терапии с псилоцибином позволяет достичь длительного воздержания от курения. Это намного выше показателей при других видах легальной антиникотиновой терапии. Авторы отметили, что в других работах с большей выборкой лишь один из 12 людей, использующих никотиновые пластыри, смог надолго бросить курить. Несмотря на небольшую выборку, работа предполагает высокую эффективность нового метода. Однако не стоит забывать, что попытка повторить это вне врачебного наблюдения не только незаконна, но может закончиться гибелью или увечьями от собственных неосторожных действий после приема псилоцибина.

Ученые фиксируют случаи массовых выбросов дельфинов (Delphinidae) на берег в разных частях мира. В одних регионах это явление наблюдают чаще, в других — реже. Иногда на берегу оказываются десятки особей, иногда сотни.   Причины такой трагедии не до конца понятны. Среди возможных объяснений — антропогенное воздействие, отравление токсичными водорослями, вирусные инфекции, шум кораблей, который сбивает навигацию, дезориентация животных, вызванная природными явлениями.  Еще одна версия связана с хищниками. Некоторые специалисты предполагают, что группы дельфинов оказываются на берегу, пытаясь спастись от преследования. Но проверить эту гипотезу сложно.  Преследование дельфинов хищниками, особенно косатками, обычно происходит на больших расстояниях и зачастую занимает длительное время, поэтому ученым крайне сложно проследить за этим процессом от начала до конца. Исследователи почти всегда видят только финал — животных на берегу — и не могут понять причину гибели. Кроме того, туши выбросившихся животных нередко выглядят абсолютно здоровыми. У них нет ран, внешних признаков болезней или следов деятельности человека.  [shesht-info-block number=1] Новый импульс эта гипотеза получила после нескольких эпизодов на побережье севера Патагонии в Аргентине. Там за последние пять лет дважды зафиксировали массовые выбросы обыкновенных дельфинов (Delphinus delphis). Ранее в этом регионе подобные инциденты так часто не наблюдали, так что именно повторяемость событий привлекла внимание ученых. Команда морских биологов под руководством Магдалены Ариас (Magdalena Arias) из Национального совета по научным и техническим исследованиям в Аргентине изучила эти два инцидента. Они провели вскрытие мертвых животных, а также собрали и проанализировали видео очевидцев и записи с дронов, которые туристы, гиды, рыбаки, местные жители выложили на платформе гражданской науки eWHALE. Первый случай произошел в 2021 году в заливе Сан-Антонио в провинции Рио-Негро. Тогда на берег выбросились 52 дельфина, 38 из них умерли. Вскрытие животных показало, что на момент смерти они были в хорошем физическом состоянии. Следов болезней, травм или контакта с человеком не нашли. Ученые также не обнаружили пищи в желудках. Это означает, что дельфины не охотились и не преследовали добычу, а, скорее всего, спасали свою жизнь.  Движение группы обыкновенных дельфинов в заливе Сан-Антонио 21 сентября 2021 года и хронология событий, связанных с массовой гибелью животных / © Magdalena Arias В 2023 году история повторилась: на берегу нашли почти 570 дельфинов. На этот раз обошлось без жертв. Почему же морские млекопитающие оказались на берегу? Ключ к разгадке дали видеозаписи. Анализ видео показал, что в эпизоде 2021-го участвовала группа из 350 дельфинов, которая на большой скорости направлялась к заливу Сан-Антонио. Примерно через 30 минут позади нее появились восемь косаток (Orcinus orca). У входа в залив 52 животных метнулись в сторону порта — туда, где расположено мелководье. Там дельфины затаились и почти неподвижно держались у дна, словно прятались. Косатки развернулись и ушли обратно. На следующий день в порту нашли 38 мертвых дельфинов. Похожая картина наблюдалась в 2023 году. Но в этот раз местные власти и волонтеры сработали оперативно — всех животных удалось вернуть в океан. Обыкновенные дельфины в акватории порта 22 сентября 2021 года / © Sebastian Ortega Наблюдения показали еще одну особенность поведения. Перед появлением косаток дельфины двигались слишком близко друг к другу, меняли направление и демонстрировали признаки дезориентации. Такое состояние мог вызвать сильный стресс от продолжительной погони. География местности сыграла свою роль. Залив Сан-Антонио отличается мелководьем и узкими каналами. Спасаясь от хищников, дельфины устремились туда, где косаткам сложнее маневрировать и использовать эхолокацию. Но для самих дельфинов этот рельеф оказался смертельной западней — песчаные отмели и узкие каналы помешали им сориентироваться и найти выход обратно в океан. [shesht-info-block number=2] Сопоставив видео погони, поведение дельфинов, результаты вскрытий и наблюдения за косатками, ученые пришли к выводу, что дельфины пытались уйти от хищников. Во время бегства они заплывали на мелководье и иногда оказывались в смертельной ловушке, что и приводило к массовым выбросам на берег. Таким образом, команда Ариас получила доказательства в поддержку гипотезы, что стаи дельфинов могут оказаться на берегу, пытаясь спастись от преследования. Выводы ученых представлены в журнале Royal Society Open Science.

Чтобы этого избежать, важно уметь прогнозировать, как именно будет нагреваться и остывать электронный компонент в реальных условиях работы. Это позволяет правильно спроектировать устройство, условия охлаждения компонентов, снизить нагрузку на элементы и продлить срок службы техники. Сегодня для прогнозирования перегрева техники инженеры используют два основных подхода. Первый — подробное численное 3D-моделирование тепловых процессов на основе пакетов ANSYS, Flotherm, Comsol и других. Такой метод обеспечивает высокую точность, но требует значительных вычислительных ресурсов и времени. Второй — расчет в SPICE-симуляторах с упрощенными тепловыми моделями компонентов и условий охлаждения. Он выполняется быстрее, но требует затрат времени на формирование электротепловых моделей и не всегда учитывает реальные особенности конструкции печатной платы и системы охлаждения. Ученые предложили объединить преимущества обоих методов. Они создали многоуровневую автоматизированную систему, в которой пакет Comsol используется для моделирования полупроводниковых приборов вместе с корпусами и уточнения тепловых моделей корпусов компонентов, SPICE — для анализа электрической схемы, содержащей описания электрической и тепловой частей, а «АСОНИКА-ТМ» — для моделирования нагрева печатной платы и расчета температур компонентов. Дополнительно они разработали специальные программные инструменты, которые автоматизируют расчет мощностей компонентов и передают данные о температурах компонентов между различными модулями расчета. То есть они связали разрозненное программное обеспечение между собой дополнительными модулями, чтобы ускорить расчеты. В итоге скорость формирования электротепловых моделей мощных компонентов для расчетов электротепловых процессов выросла в 5–10 раз по сравнению с ручным формированием электротепловых схем. Результаты работы опубликованы в журнале Russian Microelectronics.  Новую методику сотрудники МИЭМ ВШЭ протестировали на реальной печатной плате драйвера для управления шаговым двигателем. Это устройство, которое заставляет двигатель вращаться с нужной скоростью. На этой плате установлены мощные MOSFET-транзисторы, которые сильно нагреваются при работе. Результаты моделирования тепловых режимов схемы сравнили с данными тепловизионных измерений, и они были близки.  «Мы убедились на практике, что наши расчеты близки к реальным тепловизионным измерениям. Это значит, что методика работает корректно и может применяться в реальных инженерных задачах», — заключил один из авторов исследования, профессор МИЭМ ВШЭ Игорь Харитонов.   По его словам, раньше подобные расчеты требовали длительной ручной настройки и значительных затрат времени. «Теперь мы можем примерно в 5–10 раз быстрее прогнозировать момент перегрева платы, оперативно корректировать конструкцию и условия охлаждения и при этом снижать стоимость разработки», — подчеркнул Игорь Харитонов. Новая методика позволяет инженерам быстрее находить слабые места в конструкции, корректировать системы охлаждения и повышать надежность техники. Это особенно важно для промышленного оборудования, силовой электроники, транспорта и других систем, где отказ компонентов может привести к серьезным последствиям. Исследование выполнено в рамках проекта НИУ ВШЭ «Цифровая трансформация: технологии, эффекты, эффективность» программы «Приоритет-2030».

Проект «Интеллектуальные роботизированные системы на базе компьютерного зрения и машинного обучения» реализован в казанском вузе в рамках программы «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и Университеты». Исследователи из Казани создали проект для 6-осевого коллаборативного робота: в виртуальной среде его учат «хватать» неизвестные объекты неопределенной формы, а затем в реальности он выполняет задание без серьезных сбоев. Надо сказать, что действие роботизированных систем в неоднородной среде или в контакте с людьми выходят за рамки привычного программирования, ведь традиционные алгоритмы управления не обладают необходимой гибкостью. Задача — «натаскать» робота самостоятельно ориентироваться и формировать стратегию управления без жесткого программирования. Здесь, совсем как у ребенка, постигающего мир, проводником выступил бы эмпирический опыт. Этот метод формирования поведения робота называется «обучение с подкреплением» (RL, Reinforcement Learning). Робот действует как игрок в видеоигре: пробует варианты, учится на ошибках и сам находит лучшие ходы. Но тогда придется проводить миллионы тренировочных эпизодов, что нереально и с точки зрения потраченного времени, и с точки зрения сохранности используемого оборудования. Поэтому на практике применяется известная парадигма Sim2Real, при которой обучение проводится в виртуальной среде и затем передается реальному роботу. Такой подход снижает стоимость экспериментов, ускоряет обучение и позволяет изменять параметры среды, чего трудно достичь в реальных условиях. Дополнительный вызов — интеграция RL с компьютерным зрением в единой архитектуре: обучение на «сырых» изображениях усложняет интерпретацию ошибок. Поэтому предпочтительны модульные системы, где модуль восприятия выдает структурированные данные (например, 6D-позу объекта), а RL-модуль фокусируется на стратегиях движения. Это ускоряет конвергенцию и повышает надежность Sim2Real, но несет риски: ошибки восприятия передаются контроллеру, а в реальности возникают сдвиги в данных датчиков и контактах. Для их устранения используют адаптацию к предметной области и дообучение на реальных данных. «Ключевой проблемой в обучении на основе симуляций считается так называемый «Sim2Real разрыв», который возникает из-за несоответствий в динамике, освещении, сенсорном шуме у физической среды и ее виртуального «двойника», — поясняет руководитель проекта, доцент кафедры автоматики и управления КНИТУ-КАИ Полина Лазарева. — Были предложены различные методы для устранения этого разрыва. Наиболее распространенным является рандомизация предметной области, которая вносит случайные возмущения в параметры моделирования. Такие характеристики, как длина, масса, центр тяжести, коэффициенты трения и шум датчика подлежат рандомизации, что вынуждает оператора разрабатывать надежную политику, способную работать в изменяющихся условиях». Необходимо отметить, что несмотря на заметный прогресс в сокращении разрыва в Sim2Real, большинство найденных разработчиками по всему миру решений по-прежнему требуют значительных вычислительных ресурсов и тщательной настройки. Сочетание компьютерного зрения и методов обучения с подкреплением в рамках единой архитектуры управления — перспективное направление исследований, уверены разработчики из КНИТУ-КАИ. По задумке казанских ученых, политика формируется с помощью RL и curriculum learning в среде Unity ML-Agents, а затем переносится в реальную систему без значительного разрыва. «Мы разработали систему, которая объединяет компьютерное зрение и обучение с подкреплением, чтобы роботы могли обучаться действиям в симуляции и выполнять их в реальности, — уточняет Полина Лазарева. — Это решение устраняет разрыв между моделированием и промышленным применением, делая роботов по-настоящему адаптивными и автономными». В итоге решение включает модуль распознавания и определения 6D-позы объектов (координаты + ориентация в пространстве), цифровую модель робота и среды в Unity, где агент обучается захвату и манипуляции объектами, а также перенос обученного поведения в реального робота (Sim2Real), обеспечивающий адаптивность к реальным условиям. Таким образом робот сможет подстраиваться под новые задачи без ручного перепрограммирования. Российские ученые приблизили робота к автономной работе / © Пресс-служба КНИТУ-КАИ Инновационность предлагаемого учеными КНИТУ-КАИ решения заключается в использовании единой цепочки «компьютерное зрение → симуляция → обучение с подкреплением → перенос в реальный мир для автономного захвата объектов». По словам разработчиков, по сравнению с традиционными методами настройки в 2-3 раза сокращаются затраты времени и средств на внедрение коллаборативных роботов. Ожидаемый результат — быстрая, надежная стратегия управления с минимальной донастройкой на реальном роботе, открывающая путь к коллаборативным приложениям.

Литтл Фут получил свое прозвище в середине 1990-х годов, когда южноафриканский палеоантрополог Рональд Кларк по четырем небольшим костям левой стопы, найденным ранее в гроте Сильберберг (пещерная система Стеркфонтейн, Южная Африка), определил, что эти кости принадлежали одной и той же особи прямоходящего гоминина. Дальнейшие раскопки в гроте, продолжавшиеся на протяжении двух десятилетий, с 1997 по 2017 год, позволили постепенно извлечь из известняковой породы вмурованный в нее лицом вниз скелет австралопитека. Он включал череп с черепной коробкой и нижней челюстью, кости таза, ребер, позвоночника, целую плечевую кость и большую часть костей нижних конечностей. Скелет Литтл Фут сохранился более чем на 90% — на сегодня это самый полный скелет австралопитека из когда-либо обнаруженных. Для сравнения, скелет знаменитой Люси, афарского австралопитека из Восточной Африки, сохранился лишь на 40%. Продолжая изучение анатомии Литтл Фут, Рональд Кларк и его коллеги — международная команда ученых — выполнили цифровую реконструкцию лицевой части черепа австралопитека. Результаты их работы опубликованы в журнале Comptes Rendus Palevol, а 3D-изображение черепа Литтл Фут можно изучить онлайн на платформе MorphoSource. Реконструкция оказалась очень сложной задачей, поскольку за 3,7 миллиона лет, проведенных под землей, кости окаменевшего лица австралопитека растрескались и сместились, особенно в районе лба и глазниц. Кроме того, в черепе — там, где когда-то были мягкие ткани — образовались полости, заполненные осадочными породами, через которые с трудом проникали рентгеновские лучи. Поэтому для восстановления лица Литтл Фут ученым пришлось использовать новейшее технологическое достижение в области визуализации — сканирование в синхротронном томографе. Оно позволяет получать изображения в сверхвысоком (микронном или даже субмикронном) разрешении. Для сканирования всего черепа с разрешением 21 микрон потребовалось несколько дней. В итоге исследователи получили более девяти тысяч высококачественных изображений, раскрывающих мельчайшие детали анатомии черепа Литтл Фут. Для обработки терабайтов данных даже пришлось задействовать суперкомпьютер Кембриджского университета. 3D-модели фрагментов черепа расположили в соответствии с их анатомическим положением, воссоздали недостающие части, и в итоге получили полное трехмерное изображение лица. Ученые сравнили его лицо с лицами современного человека, человекообразных обезьян и других австралопитеков и сделали два важных наблюдения. Так, их поразил большой, по сравнению с другими гомининами, размер глазниц Литтл Фут. Поскольку у приматов размер глаз сильно зависит от необходимости использовать зрение для поиска пищи, ученые предположили, что Литтл Фут и его собратьям большие глаза нужны были именно для этого. Эта гипотеза подтверждается результатами предыдущего исследования, показавшими, что его зрительная кора была более развита, чем у современных людей. Кроме того, авторы научной работы обнаружили, что Литтл Фут, обитавший в Южной Африке, в большей степени похож на восточноафриканских, чем на более поздних южноафриканских австралопитеков. Это сходство может указывать на то, что Литтл Фут имел общих близких предков с восточноафриканскими популяциями, а у его вероятных потомков в Южной Африке позже, в результате локальной эволюции, развились анатомические особенности, предположили исследователи.

Биологи давно заметили, что коллективный вой волков обычно состоит из индивидуально различимых голосов, разнообразных по высоте и структуре. То есть звери не воют в унисон. У каждой особи есть отличимые частотные характеристики голоса, поэтому в волчьем «ансамбле» слышны разные «ноты». В результате получается разноголосый хор. Некоторые ученые предположили, что такое поведение у волков не случайность, а хитрый эволюционный трюк. Разноголосие может создавать у постороннего слушателя иллюзию большего числа особей, что стая гораздо больше, чем есть на самом деле. Это, вероятно, помогает отпугивать конкурентов и хищников. Специалисты полагают: чтобы добиться такого эффекта, волки должны сознательно менять тональность своего голоса в ответ на звучание сородичей. Однако убедительных доказательств этому пока нет.  Проверить гипотезу в дикой природе сложно, поэтому ученые обратились к домашним собакам — ближайшим родственникам серого волка (Canis lupus), чье поведение легче записать и проанализировать. Считается, что домашние собаки и современные серые волки произошли от общего древнего предка. Именно поэтому они имеют высокий процент совпадения ДНК (почти 99 процентов). Если домашние питомцы способны изменять высоту голоса в ответ на внешний звук, это показывает, что у них есть базовая способность к вокальной подстройке. [shesht-info-block number=1] Команда биологов, кинологов и зоопсихологов из США под руководством Анируддха Пателя (Aniruddh Patel) из Университета Тафтса в Массачусетсе отобрала для эксперимента две «древние» породы — четыре самоеда и два сиба-ину. То есть взяли собак, относящихся к линиям, которые долгое время находились в изоляции и сохранили больше общих генетических признаков с древними популяциями волков, чем, скажем, овчарки или пудели.  Владельцев животных попросили включить питомцам любимую музыкальную композицию и записать их вой. Сначала трек звучал в оригинале, а потом ученые обработали его, сместив тональность на три полутона выше и на три ниже, чтобы посмотреть, как собаки реагируют на изменение высоты звука. Данные считались достоверными, если питомец издавал не меньше 30 завываний, и каждое из них длилось не менее одной секунды. Исследователи анализировали, меняют ли животные высоту своего голоса вслед за изменениями в музыке. Одна из собак, учувствовавшая в эксперименте / © Aniruddh Patel Результаты показали четкое разделение. Все четыре самоеда, участвовавшие в эксперименте, проявили настоящую музыкальную чуткость. Они меняли вой в зависимости от того, выше или ниже становилась тональность мелодии. Животные не копировали ноты идеально, но если тональность была выше — собаки пытались брать более высокие ноты, если ниже — переходили на низкие. Две собаки породы сиба-ину, попавшие в выборку, оказались полными профанами в музыке. Они никак не реагировали на изменение высоты тона и выли в своей привычной манере. Патель предположил, что причина в генетике — даже среди древних пород способность «слушать» и подражать звукам может сильно отличаться у разных собак. Возможно, если бы ученые проверили больше сиба-ину, нашлись бы и музыкальные особи, но в этом эксперименте проявили себя именно самоеды. Эксперимент показал, что самоеды чувствуют высоту звука и умеют подстраивать голос под мелодию. Это открытие имеет значение не только для кинологов. Оно дает пищу для размышлений антропологам, изучающим происхождение музыки и пения у людей.  Раньше многие теоретики предполагали, что пение появилось как побочный продукт развития речи: когда наши предки научились контролировать язык и губы для произнесения слов, они заодно освоили и пение. Но выводы команды Пателя ставят эту идею под сомнение. У собак нет сложной речи и способности к заучиванию новых звуков, как у попугаев. Однако, как показал эксперимент, подстраивать высоту голоса под внешний раздражитель они все же могут.  [shesht-info-block number=2] Авторы научной работы предположили, если собаки могут менять высоту голоса без сложного голосового обучения, значит, подобная способность могла появиться у людей раньше речи. Другими словами, координация голосов в группе, вероятно, возникла как самостоятельный эволюционный механизм для укрепления социальных связей или для соглосования действий. На вопрос, зачем собакам нужна такая способность, исследователи тоже попытались найти ответ, наблюдая за поведением четвероногих певцов. Во время эксперимента животные не смотрели выжидающе на хозяев, выпрашивая лакомство за «концерт». Они вели себя иначе: задирали голову и пристально вглядывались вдаль, словно перекликаясь с кем-то невидимым. По мнению авторов, музыка может выступать для собак в роли заместителя волчьего воя, вводить в особое социальное состояние, когда нужно поддержать соплеменников голосом. Иными словами, вой под музыку, скорее всего, выполняет социальную функцию — поддерживает у собак ощущение связи с группой.  Впрочем, к результатам исследования стоит относиться с осторожностью. Первая причина — малый размер выборки — всего четыре самоеда и две сиба-ину. Вторая причина — невозможно проверить поведение волков напрямую, поэтому выводы о древних корнях «музыкальности» у животных авторы делают по аналогии с домашними питомцами. Еще одна проблема — в эксперименте сиба-ину почти не реагировали на музыку. Это показывает, что результаты могут сильно зависеть от индивидуальных особенностей собак. Научная работа опубликована в журнале Current Biology.

Биологи давно заметили, что коллективный вой волков обычно состоит из индивидуально различимых голосов, разнообразных по высоте и структуре. То есть звери не воют в унисон. У каждой особи есть отличимые частотные характеристики голоса, поэтому в волчьем «ансамбле» слышны разные «ноты». В результате получается разноголосый хор. Некоторые ученые предположили, что такое поведение у волков не случайность, а хитрый эволюционный трюк. Разноголосие может создавать у постороннего слушателя иллюзию большего числа особей, что стая гораздо больше, чем есть на самом деле. Это, вероятно, помогает отпугивать конкурентов и хищников. Специалисты полагают: чтобы добиться такого эффекта, волки должны сознательно менять тональность своего голоса в ответ на звучание сородичей. Однако убедительных доказательств этому пока нет.  Проверить гипотезу в дикой природе сложно, поэтому ученые обратились к домашним собакам — ближайшим родственникам серого волка (Canis lupus), чье поведение легче записать и проанализировать. Считается, что домашние собаки и современные серые волки произошли от общего древнего предка. Именно поэтому они имеют высокий процент совпадения ДНК (почти 99 процентов). Если домашние питомцы способны изменять высоту голоса в ответ на внешний звук, это показывает, что у них есть базовая способность к вокальной подстройке. [shesht-info-block number=1] Команда биологов, кинологов и зоопсихологов из США под руководством Анируддха Пателя (Aniruddh Patel) из Университета Тафтса в Массачусетсе отобрала для эксперимента две «древние» породы — четыре самоеда и два сиба-ину. То есть взяли собак, относящихся к линиям, которые долгое время находились в изоляции и сохранили больше общих генетических признаков с древними популяциями волков, чем, скажем, овчарки или пудели.  Владельцев животных попросили включить питомцам любимую музыкальную композицию и записать их вой. Сначала трек звучал в оригинале, а потом ученые обработали его, сместив тональность на три полутона выше и на три ниже, чтобы посмотреть, как собаки реагируют на изменение высоты звука. Данные считались достоверными, если питомец издавал не меньше 30 завываний, и каждое из них длилось не менее одной секунды. Исследователи анализировали, меняют ли животные высоту своего голоса вслед за изменениями в музыке. Одна из собак, учувствовавшая в эксперименте / © Aniruddh Patel Результаты показали четкое разделение. Все четыре самоеда, участвовавшие в эксперименте, проявили настоящую музыкальную чуткость. Они меняли вой в зависимости от того, выше или ниже становилась тональность мелодии. Животные не копировали ноты идеально, но если тональность была выше — собаки пытались брать более высокие ноты, если ниже — переходили на низкие. Две собаки породы сиба-ину, попавшие в выборку, оказались полными профанами в музыке. Они никак не реагировали на изменение высоты тона и выли в своей привычной манере. Патель предположил, что причина в генетике — даже среди древних пород способность «слушать» и подражать звукам может сильно отличаться у разных собак. Возможно, если бы ученые проверили больше сиба-ину, нашлись бы и музыкальные особи, но в этом эксперименте проявили себя именно самоеды. Эксперимент показал, что самоеды чувствуют высоту звука и умеют подстраивать голос под мелодию. Это открытие имеет значение не только для кинологов. Оно дает пищу для размышлений антропологам, изучающим происхождение музыки и пения у людей.  Раньше многие теоретики предполагали, что пение появилось как побочный продукт развития речи: когда наши предки научились контролировать язык и губы для произнесения слов, они заодно освоили и пение. Но выводы команды Пателя ставят эту идею под сомнение. У собак нет сложной речи и способности к заучиванию новых звуков, как у попугаев. Однако, как показал эксперимент, подстраивать высоту голоса под внешний раздражитель они все же могут.  [shesht-info-block number=2] Авторы научной работы предположили, если собаки могут менять высоту голоса без сложного голосового обучения, значит, подобная способность могла появиться у людей раньше речи. Другими словами, координация голосов в группе, вероятно, возникла как самостоятельный эволюционный механизм для укрепления социальных связей или для соглосования действий. На вопрос, зачем собакам нужна такая способность, исследователи тоже попытались найти ответ, наблюдая за поведением четвероногих певцов. Во время эксперимента животные не смотрели выжидающе на хозяев, выпрашивая лакомство за «концерт». Они вели себя иначе: задирали голову и пристально вглядывались вдаль, словно перекликаясь с кем-то невидимым. По мнению авторов, музыка может выступать для собак в роли заместителя волчьего воя, вводить в особое социальное состояние, когда нужно поддержать соплеменников голосом. Иными словами, вой под музыку, скорее всего, выполняет социальную функцию — поддерживает у собак ощущение связи с группой.  Впрочем, к результатам исследования стоит относиться с осторожностью. Первая причина — малый размер выборки — всего четыре самоеда и две сиба-ину. Вторая причина — невозможно проверить поведение волков напрямую, поэтому выводы о древних корнях «музыкальности» у животных авторы делают по аналогии с домашними питомцами. Еще одна проблема — в эксперименте сиба-ину почти не реагировали на музыку. Это показывает, что результаты могут сильно зависеть от индивидуальных особенностей собак. Научная работа опубликована в журнале Current Biology.