В Институте высокомолекулярных соединений (филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ — ИВС) разработали гибкий композитный биоэлектрод для лечения ран различной этиологии. Он состоит из двух слоев. Биоактивный слой из хитозана безопасно контактирует с раневой поверхностью и помогает ей восстанавливаться. В основе второго слоя — композитная матрица, созданная на основе сополимеров, разработанных учеными ИВС.
«В состав биоэлектрода входит сегментный мультиблочный сополи (уретан-имид) (СПУИ), наполненный электропроводящим составом наночастиц графена. Этот материал обладает особой электропроводностью, способной создавать чрескожные токи, в том числе и с ионной проводимостью, что важно для успешного лечения ран», — рассказал Андрей Диденко, старший научный сотрудник лаборатории синтеза высокотермостойких полимеров.
Биоэлектрод эластичен, но в то же время обладает высокой прочностью. Его можно постоянно носить на теле: он растягивается в несколько раз, двигаясь вместе с кожей или мышцами, не вызывая боли и не повреждая клетки, образовавшиеся в процессе заживления раны. Работой устройства управляет блок питания с регулировкой напряжения.
По словам разработчиков, биоэлектрод можно использовать в различных биологических средах и подвергать стерилизации. Он может эффективно лечить хронические и острые раны различной природы (трофические и диабетические язвы, ожоги) в сочетании с лекарственными средствами.
Для создания матрицы ученые предлагают использовать доступные и недорогие материалы, что делает электрод не только эффективным, но и экономически выгодным.
«Наша разработка соответствует биоэлектродам, существующим на рынке, в том числе, иностранного производства. А в некоторых технических аспектах превосходит зарубежные аналоги. В настоящее время спектр гибких, износостойких и долговечных многокомпонентных устройств подобного типа ограничен», — отметил Диденко.
Биоэлектрод успешно прошел первые этапы испытаний на лабораторных животных, ведется процесс патентования изделия.
Поиск жизни за пределами Земли давно сосредоточен на органических молекулах — прежде всего аминокислотах и жирных кислотах. Именно из них «построены» белки и клеточные мембраны. Проблема в том, что такие вещества возникают не только в живых организмах: аминокислоты находили в метеоритах, астероидах и даже в лабораторных экспериментах, моделирующих условия ранней Солнечной системы. Поэтому сама по себе находка органики не считается убедительным доказательством жизни.
До сих пор исследователи делали ставку на более тонкие признаки. Один из самых известных — хиральность, свойство молекулы не совмещаться в пространстве со своим зеркальным отражением. Жизнь на нашей планете почти всегда использует «левые» версии аминокислот, тогда как неживая химия создает смесь левых и правых форм.
Другой подход — изотопный анализ: организмы предпочитают одни варианты атомов углерода и азота другим. Однако такие сигналы легко разрушаются временем, нагревом или радиацией, а для их измерения нужны сложные приборы, которых на космических миссиях часто просто нет.
[shesht-info-block number=1]
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy, посмотрели на проблему иначе. Вместо поиска конкретных молекул они изучили общую структуру химических смесей — то, насколько разнообразны сами соединения и как распределены их количества. Для этого ученые сравнили десятки наборов аминокислот и жирных кислот из самых разных источников: земных микроорганизмов, древних окаменелостей, морских осадков, гидротермальных источников, метеоритов, астероида Рюгу и даже образцов с астероида Бенну.
Применив математический метод, с помощью которого обычно оценивают разнообразие животных и растений в природе, авторы научной работы сравнили наборы молекул и их распределение между собой. Выяснилось, что если смесь содержит много разных веществ, распределенных относительно равномерно, ее разнообразие считается высоким. Если же почти все состоит из простых соединений — низким.
Отметим, что образцы биологического происхождения почти всегда обладают гораздо более высокой внутренней сложностью, чем абиотические. В организмах обмен веществ поддерживает производство большого числа молекул в строго сбалансированных пропорциях. Неживая химия работает иначе: термодинамика и кинетика реакций обычно приводят к доминированию нескольких самых простых и устойчивых веществ.
[shesht-info-block number=2]
Этот принцип проявился даже в сильно поврежденных образцах. Некоторые древние породы возрастом более миллиарда лет и органика из горячих гидротермальных источников уже частично утратили биологический сигнал, но все еще занимали промежуточное положение между органикой биологического происхождения и полностью абиотическими смесями. Это позволило ученым выстроить своеобразную шкалу «химической деградации».
Для жирных кислот картина оказалась обратной, но не менее показательной. Биологические системы используют ограниченный набор длин цепочек, необходимых клеточным мембранам, тогда как абиотические процессы создают более ровные смеси. То есть жизнь в одних случаях увеличивает химическое разнообразие, а в других ограничивает его ради функций клетки.
Затем исследователи смоделировали условия на Европе — ледяном спутнике Юпитера, поверхность которого находится под постоянным мощным воздействием магнитосферы газового гиганта и космических лучей. Расчеты показали, что даже после разрушения части молекул статистический «рисунок» биологической химии сохраняется довольно долго. Со временем образцы становятся слишком «бедными» для анализа, но перед этим все же остаются отличимыми от неживых смесей.
[shesht-info-block number=3]
Главное преимущество нового метода — его универсальность: не нужно определять точную структуру каждой молекулы либо измерять изотопы с экстремальной точностью. Достаточно знать относительное содержание веществ в образце — данные, которые уже способны получать многие космические приборы. То есть подход особенно привлекателен для будущих миссий NASA и ESA к ледяным мирам Солнечной системы.
Важно понимать, что метод сам по себе не доказывает существование жизни. Однако он может стать еще одним инструментом астробиологов, особенно там, где традиционные биосигнатуры слишком слабы или разрушены временем.
Астробиологи предложили искать внеземную жизнь по химическому «рисунку» распределения молекул
Неизвестный ранее вид светлячков назвали Cretoluciola birmana (от сreta — «мел» и luciola — «светлячок»). Он жил в среднем меловом периоде примерно 98-99 миллионов лет назад. Палеонтологи провели масштабный сравнительный анализ более 400 морфологических характеристик и последовательности генов, полученных от современных светлячков.
На основе полученных данных исследователи составили генеалогическое древо светлячков. Можно утверждать с вероятностью 99,7%, что найденный экземпляр представляет собой светлячка из семейства Luciolinae мелового периода. Значит, возраст современных представителей этого семейства составляет почти 100 миллионов лет.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.
Древний светлячок — самец длиной всего 6,6 миллиметра с большими выпуклыми глазами и тонкими нитевидными усиками. Окаменелость оказалась очень высокого качества: удалось рассмотреть шесть сегментов брюшка и двусторонний орган свечения, похожий на те, что есть у современных светлячков.
Находка указала на то, что характерное для светлячков свечение и система мигания «включено — выключено» оставались неизменными на протяжении десятков миллионов лет. Вероятно, они, как и современные представители, использовали свечение для привлечения партнера и подачи предупреждающих сигналов.
Хотя открытие этого вида дает новое представление об эволюции светлячков, найденный экземпляр — лишь единственный известный его представитель. Чтобы составить полное представление об истории светлячков, необходимо изучить больше насекомых из древнего янтаря, а также собрать более обширную выборку современных светлячков.
Древнейшего ископаемого светлячка с большими глазами нашли в янтаре мелового периода
Игра у взрослых особей в животном мире — явление, известное у людей, но его распространенность у других приматов и причины сохранения в эволюции оставались загадкой. В человеческих сообществах наблюдается четкая закономерность: в обществах охотников-собирателей, где низкая стратификация и высокая мобильность, игра у взрослых поощряется, выполняя функцию снижения агрессии и укрепления коллектива. Напротив, в аграрных культурах с упором на конформизм игривость у взрослых подавляется.
Ранние исследования показали, что игра взрослых встречается почти у половины видов приматов, но причины этого не объясняли. Более поздние попытки связать наличие игры с экологическими и жизненными факторами, такими как диета, среда обитания, метаболизм, не увенчались успехом: эти факторы не объясняли сохранение игры.
В новом исследовании ученые проанализировали наличие и отсутствие игр у 37 видов приматов. Каждый вид независимо классифицировался по социальному стилю: деспотический, умеренно деспотический и толерантный. Ученые также учли альтернативные гипотезы, собрав данные по морфологии, выявив массу тела самок и индекс полового диморфизма, который часто используют как показатель уровня внутриполовой конкуренции и социальной структуре группы: парная, гаремная или мультисамцовая. Также авторы исследования учли и исключили фактор возможного родства исследуемых особей. Результаты исследования опубликовал журнал Biology Letters.
Морфологические факторы, такие как масса тела, не показали никакой значимой связи с вероятностью игры у взрослых приматов. Напротив, социальный стиль оказался решающим фактором. Вероятность наблюдать игру у взрослых была максимальной в толерантных видах и минимальной в деспотических, в то время как умеренно деспотические виды заняли промежуточное положение.
[shesht-info-block number=1]
Более того, прямое сравнение показало, что социальный стиль значительно лучше предсказывает наличие игры, чем социальная структура. Несмотря на это, близкородственные виды приматов демонстрировали схожий стиль игрового поведения, что говорит о глубоких эволюционных корнях этого феномена.
Таким образом ученые подтвердили, что именно распределение власти в обществе, а не его структура или физические особенности особей, объясняет феномен взрослой игры у приматов. Авторы исследования предложили рассматривать социальную терпимость и взрослую игру как части системы. Для приматов игра создает и укрепляет доверие и широкие социальные связи, что, в свою очередь, поддерживает терпимость в обществе.
В деспотических же системах издержки такого рискованного и требующего взаимного доверия поведения, как игра, перевешивают его потенциальные выгоды, что ведет к ее угасанию. Как предположили ученые, ключевой возможностью для подавления или стимулирования игровой активности может быть онтогенез — развитие в определенной социальной среде.
Внутренняя иерархия подавила желание приматов играть друг с другом
Так называемые мощные голубые вспышки (Luminous fast blue optical transients, LFBOT) начали обсуждать после события AT2018cow — знаменитой «Коровы», зарегистрированной в 2018 году в галактике CGCG 137-068 на расстоянии примерно 200 миллионов световых лет от Земли. Вспышка достигла необычайной яркости всего за несколько дней и так же быстро угасла, однако ее излучение долго оставалось очень горячим и «синим». Позже ученые обнаружили, что подобные события происходят в активно звездообразующих галактиках и сопровождаются мощным рентгеновским и радиоизлучением.
Что именно вызывает такие события — до сих пор не ясно, а в кандидаты выдвигали неудавшиеся сверхновые, формирование черных дыр, магнитары и даже разрушение звезд черными дырами промежуточной массы. Главная проблема в том, что встречаются мощные голубые вспышки слишком редко: на сегодня подтверждено лишь около десятка LFBOT.
Авторы новой научной работы решили подойти к загадке с другой стороны и изучили не сами вспышки, а галактики, в которых они происходят. Для этого исследователи собрали крупнейшую на сегодня выборку из 11 LFBOT и проанализировали свойства их «домов» — массу галактик, скорость звездообразования, химический состав и даже положение вспышек внутри галактик.
[shesht-info-block number=1]
Выяснилось, что все галактики-хозяева активно формируют новые светила, причем многие пережили всплеск звездообразования сравнительно недавно — по космическим меркам всего несколько десятков миллионов лет назад. Это указывает на связь голубых вспышек с молодыми массивными звездами. Однако сами вспышки нередко возникали вдали от самых ярких областей звездообразования, что стало неожиданностью для ученых.
Более того, химический состав галактик оказался промежуточным: тяжелых элементов в них было меньше, чем в типичных галактиках со сверхновыми, но больше, чем в галактиках, где рождаются длинные гамма-всплески или сверхъяркие сверхновые. Выходит, голубые вспышки, вероятно, представляют собой отдельный класс явлений с особым механизмом возникновения.
Анализ расположения LFBOT внутри галактик выявил, что больше 30 процентов событий произошли либо в самых тусклых областях, либо вообще на окраинах галактик. Для обычных сверхновых такое поведение нехарактерно. Именно этот результат стал сильнейшим аргументом в пользу гипотезы о слиянии компактных объектов со звездами Вольфа — Райе.
[shesht-info-block number=2]
Напомним, звезды Вольфа — Райе — крайне массивные и горячие светила, которые уже сбросили внешние оболочки и быстро приближаются к финалу своей жизни. Если рядом с такой звездой расположена черная дыра или нейтронная звезда, со временем орбита может разрушиться и объекты сольются. В момент столкновения выделяется колоссальная энергия, способная породить именно такую короткую, яркую и горячую вспышку, какую астрономы наблюдают у LFBOT.
Авторы препринта, опубликованного на сервере Корнеллского университета, отметили, что выборка пока слишком мала для окончательных выводов. Однако уже в ближайшие годы ситуация может измениться: строящаяся обсерватория имени Веры Рубин может находить подобные вспышки куда чаще. Если будущие наблюдения подтвердят нынешние результаты, астрономы получат не только объяснение мощных голубых вспышек, но и новый способ изучать экстремальные слияния звездных остатков в далеких галактиках.
Загадочные голубые вспышки связали со столкновениями черных дыр и звезд Вольфа — Райе
Пустыня Атбай — часть пустыни Сахара, очень засушливый каменистый регион на востоке Судана, между Нубийским Нилом (участком реки между первым и шестым порогами) и побережьем Красного моря. В 2018-2019 годах археологи нашли в этих местах наскальные рисунки возрастом около четырех тысяч лет, на которых изображен в том числе крупный рогатый скот.
Сейчас этот пустынный регион непригоден для выпаса скота. Стада коров на рисунках из Атбая стали одним из подтверждений того, что в ту эпоху климат Сахары был значительно более влажным.
Так называемый африканский влажный период, как считается, начался в Северной Африке примерно 15 тысяч лет тому назад, в конце плейстоцена. Его связывают с усилением летних муссонных дождей. Во влажном периоде большую часть Сахары покрывала саванна — трава, деревья, озера. Около шести тысяч лет назад зона муссонных дождей сместилась на юг, климат начал снова меняться, становясь все более засушливым. Эпоха «Зеленой Сахары» постепенно завершилась.
О людях, которые жили в пустыне Атбай в конце периода «Зеленой Сахары», рассказали многочисленные круги из вертикально вкопанных камней. Диаметр этих кругов составляет от пяти до 82 метров. Всего с помощью спутникового дистанционного зондирования удалось найти 280 таких сооружений, разбросанных по пустыне.
Международная группа исследователей, статья которой опубликована в журнале African Archaeological Review, пришла к выводу, что эти круги — монументальные погребальные сооружения. Их создавали племена скотоводов, кочевавших со своими стадами по пустыне в четвертом-третьем тысячелетии до нашей эры, примерно тогда, когда в нижнем течении Нила формировалась цивилизация Древнего Египта.
Строительство этих монументов требовало значительных, скорее всего, коллективных усилий. Так, по оценкам ученых, для сооружения каменного круга с длиной окружности приблизительно 60 метров одному человеку потребовался бы 161 восьмичасовой рабочий день, 10 людям — примерно 16 дней, а 50 — чуть более трех дней.
Внутри кругов археологи обнаружили захоронения людей, а также коров, коз и овец. В самом большом комплексе нашли около 18 могил животных. Зачастую захоронения скота окружают человеческие могилы, находящиеся в центре круга. Это свидетельствует о том важном значении, которое придавали пастухи своему скоту и о тесной связи, существовавшей между людьми и животными, отметили исследователи.
Ученые также обнаружили, что круги часто находятся вблизи источников воды. Это свидетельствует о том, что их расположение не было случайным: древние скотоводы специально выбирали подходящие точки для строительства.
Тем не менее примерно в третьем тысячелетии до нашей эры источники воды иссякли. Условия жизни в пустыне стали гораздо суровее, вынудив скотоводческие общества покинуть этот район и мигрировать в более благоприятные места.
Каменные круги в суданской пустыне рассказали о скотоводах «Зеленой Сахары»
И человеческая речь, и пение птиц состоят из последовательностей звуков. По мере взросления дети и птенцы произносят их быстрее, «ужимая» слоги. До сих пор ученые считали, что это происходит благодаря тренировке. Авторы исследования, опубликованного в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B, предположили, что ключевую роль в развитии речи играет реакция окружающих.
Ученые протестировали свою гипотезу на людях и зебровых амадинах Taeniopygia guttata. В первом исследовании они записывали на видео, как пяти- и десятимесячные младенцы играют с родителями дома. Затем проанализировали, на какие звуки родители реагируют чаще — на одиночные (например, «ба») или на последовательности («ба-ба-ба»). Кроме того, оценили словарный запас этих же детей в возрасте полутора лет.
Другой эксперимент биологи провели на птенцах зебровых амадин. Ученые показывали им видеозаписи, на которых взрослая самка демонстрирует одобрение брачной песни самца: она взъерошивает свои перья и быстро покачивает верхней частью тела из стороны в сторону.
Птенцов распределили на две группы. Первой показывали видео только тогда, когда они пробовали петь. Второй группе показывали то же самое видео, но в случайные моменты. Таким образом, моторная практика и визуальные стимулы у птенцов были одинаковыми, однако лишь в первой группе существовала связь между пением и социальным поощрением.
Результаты подтвердили гипотезу ученых. Оказалось, что родители младенцев почти в 10 раз чаще реагируют на цепочки слогов, чем на одиночные звуки. В свою очередь, дети, получавшие ответы на свои «реплики» в пятимесячном возрасте, быстрее учились говорить и к 10 месяцам демонстрировали более высокий темп речи. Уровень развития речи у них коррелировал с богатым словарным запасом в 1,5 года. При этом общая разговорчивость (количество звуков, которое произносил младенец) никак не влияла на развитие лексикона.
Эксперимент с птицами показал аналогичные результаты. Амадины, получавшие реакцию самки в ответ на свое пение, быстрее ускоряли темп и стабилизировали ритм. Птенцы из контрольной группы, которым показывали видео в случайное время, так и не научились петь быстро и слаженно, хотя пели не меньше собратьев.
Исследование показало, что одобрение окружающих стимулирует малышей не просто издавать звуки, но и упаковывать информацию плотнее и быстрее. Эволюция общения базируется на поиске социальной отдачи, и мы учимся говорить связно и быстро только потому, что именно на такую речь реагирует наш вид.
Дети и птенцы научились говорить благодаря ответам родителей
Люди обладают уникальной способностью к совместным ритмичным действиям — от гребли и забивания свай до танцев и музыки. Однако исследования последних лет выявили любопытный феномен: когда люди выполняют ритмичную работу вместе, они непроизвольно ускоряются. Это явление, получившее название joint rushing («совместное убегание темпа»), не возникает при индивидуальной работе и было зафиксировано в барабанном бое, хлопках, постукивании пальцами и даже у профессиональных музыкантов.
Но если это так, то как люди вообще способны выполнять длительную ритмичную работу в едином темпе? Но они не просто способны на это, такая работа, как правило, еще и эффективна. Примером могут служить морские шанти, песни землекопов-ганди-дэнсеров в США, песни сборщиков устриц в Шотландии. Причем, что характерно, в таких песнях почти всегда был солист, а ритм песни дробил время между рабочими движениями.
Ученые проверили, как именно эффективнее работать. Авторы исследования провели три эксперимента, в каждом из которых участвовали по 24 человека. Участники работали парами, но находились в разных звукоизолированных кабинах и слышали друг друга через наушники.
Задача была проста: сначала синхронизировать постукивание пальцем с метрономом, установленным на 60 ударов в минуту, а затем, когда метроном отключался, продолжать в том же темпе на протяжении 30 секунд. В части экспериментов один или оба участника должны были считать вслух, сопровождая постукивание.
Один участник считал «раз, два», причем «раз» совпадал с ударом, а «два» попадало ровно посередине между ударами — это и есть метрическое дробление. Второй участник только стучал. Для сравнения создали условия, когда оба молча стучали вместе или поодиночке.
Во втором эксперименте проверяли, работает ли одна только сольная вокализация, без дробления: один участник считал «раз» без промежуточного «два». Третий эксперимент показывал обратное: что будет, если дробление есть, но солиста нет, то есть оба участника одновременно отсчитывают. Результаты исследования опубликованы в журнале The Royal Society.
[shesht-info-block number=1]
Эксперимент показал, что, когда один из участников «ведет», создавая дробленый темп, совместное убегание темпа полностью исчезло. Пары, работавшие под голос одного солиста с дроблением, удерживали темп так же стабильно, как одиночки. Кроме того, разброс интервалов снизился, а точность синхронизации партнеров повысилась.
Во втором эксперименте, где солист просто отсчитывал каждый удар без дробления, эффект был слабее. Убегание темпа сократилось, но не исчезло, и участники не смогли достичь той же точности, что и при индивидуальной работе. В третьем эксперименте, где пели оба участника, убегание темпа тоже уменьшилось, но пара опять не вышла на уровень индивидуальной стабильности, а точность взаимной координации не улучшилась.
Таким образом, идеальная формула — это именно сочетание одного голоса и дробного ритма. Сольное пение создает единый временной ориентир, а ритмические подразделения, заполняющие паузы между рабочими движениями, снижают вариативность благодаря вовлечению более быстрого внутреннего отсчета.