Когда погибает массивная звезда, она вспыхивает сверхновой, разбрасывая по космосу элементы, из которых позже рождаются новые светила, планеты и живые организмы. Такие взрывы традиционно моделировали как идеально сферические, однако реальные наблюдения намекали, что картина сложнее. Некоторые сверхновые выбрасывают вещество преимущественно в виде джетов, формирующихся вдоль оси вращения звезды при ее коллапсе в черную дыру. Именно такие события астрономы называют коллапсарами — одними из источников длинных гамма-всплесков, которые входят в число самых энергичных вспышек во Вселенной.
Проблема в том, что стандартные сферические модели плохо воспроизводили химический состав, наблюдаемый в галактиках и их скоплениях. Особенно трудно было объяснить соотношения кремния, серы, аргона и кальция относительно железа, а также содержание никеля и марганца. Чтобы разобраться, международная группа астрономов провела серию двумерных компьютерных симуляций коллапсаров для звезд массой 20, 30 и 40 масс Солнца.
В новой модели струи раскаленного вещества пробивались через недра умирающей звезды. В отличие от обычной сферической сверхновой, здесь энергия концентрировалась в узком конусе. Это порождало чрезвычайно горячие области с высокой энтропией, то есть условия, в которых ядерные реакции протекают иначе. В результате формировались необычные пропорции химических элементов.
[shesht-info-block number=1]
Расчеты показали, что форма взрыва напрямую влияет на то, какие элементы попадут в космос. У менее массивных светил джет почти полностью разрушал звезду, а взрыв оставался относительно симметричным. А вот у более массивных звезд картина радикально менялась: значительная часть вещества падала обратно в формирующуюся черную дыру, а остальное вырывалось из звезды двумя мощными потоками через полюса. В таких условиях особенно эффективно синтезируются тяжелые элементы вроде цинка и кобальта.
Ключевым элементом оказался цинк, избыток которого присутствует в некоторых светилах Млечного Пути — его там много больше, чем способны породить обычные сверхновые. Коллапсары же естественным образом создают подобные «цинковые аномалии». В ранней Вселенной такие взрывы, вероятно, происходили чаще, чем сегодня.
Сравнив результаты симуляций с данными, полученными при помощи рентгеновского телескопа Hitomi, который измерял химический состав скопления Персея — одного из крупнейших объектов в окрестностях нашей Галактики, — астрономы показали, что модели асимметричных взрывов лучше объясняют наблюдаемые соотношения элементов, чем традиционные сферические сценарии.
[shesht-info-block number=2]
Результаты симуляций затем выстроили в модели химической эволюции Млечного Пути. Выяснилось, что без учета таких взрывов воспроизвести распределение элементов в светилах разных возрастов сложно. По расчетам, примерно 20-30 процентов массивных звезд в ранней истории Галактики могли взрываться именно как коллапсары. При этом по мере роста содержания тяжелых элементов в Млечном Пути этих событий становилось меньше: богатые металлами звезды теряли больше вещества и углового момента, из-за чего не могли формировать мощные джеты.
Научная работа, опубликованная в The Astrophysical Journal, связывает сразу несколько загадок — происхождение гамма-всплесков, химическую эволюцию галактик и состав древнейших звезд. Фактически ее авторы показали, что форма звездного взрыва не менее важна, чем его мощность. Значит, история химического обогащения Вселенной более «несимметричная», чем считалось всего несколько лет назад.
Необычный состав древнейших звезд объяснили коллапсарами
В базе данных исследовательской группы — 500 образцов крови: 250 от здоровых женщин и 250 от пациенток с подтвержденным диагнозом. Возраст участниц — от 18 до 87 лет, все они проживают на территории Кабардино-Балкарии. Результаты исследования опубликованы в Journal of Carcinogenesis.
«Использовать западные генетические тесты как готовый шаблон для нашего региона — рискованно, — объяснила Биттуева. — Например, популярный в США тест на мутацию BRCA2 6174delT, характерную для евреев-ашкенази, у нас почти не работает — эта мутация почти не встречается. Человек видит «отрицательно» и думает, что опасности нет, а на самом деле он может быть носителем другой, «нашей» мутации».
Такие мутации уже находят. Например, уникальный кавказский вариант гена BRCA2 c.7868A>G ученые КБГУ выявили совместно с коллегами из Санкт-Петербурга и онкодиспансером КБР. Это своего рода «генетический автограф», характерный именно для коренного населения Северного Кавказа — кабардинцев и балкарцев. Но таких поломок может быть множество — в разных генах, в разных комбинациях. Чтобы составить полную карту рисков, по словам Мадины Биттуевой, нужно продолжать секвенирование ДНК, буквально «прочитывая» гены местных жителей буква за буквой.
Ученые КБГУ изучают не только знаменитые BRCA1 и BRCA2 (так называемые «гены Анджелины Джоли»). В работу включены ген контроля клеточного цикла CHEK2, ген регуляции апоптоза TP53 — главный «страж генома», заставляющий больные клетки самоуничтожаться, — а также гены детоксикации ксенобиотиков: SOD1, SOD2, GSTP1, MnSOD, GSTM. Они отвечают за обезвреживание химических ядов, с которыми человек сталкивается ежедневно.
Экологическая агрессия, по мнению исследовательницы, сегодня играет огромную роль. «Количество химических соединений, которые нас окружают, увеличивается ежедневно. По данным международной базы данных CAS (Chemical Abstracts Service), на 27 апреля 2026 года в обычной жизни человека — более 417 тысяч разных химических соединений. Консерванты, красители, усилители вкуса, хлорсодержащие моющие средства, косметика, пестициды в фруктах и ягодах — все это увеличивает мутационную нагрузку. Современный человек оказался в беспрецедентно агрессивной среде — это вызов, к которому эволюция нас не готовила. Иммунная система просто не успевает адаптироваться».
Однако генетическая предрасположенность — лишь часть истории. Часто спрашивают: если у бабушки или мамы был рак, значит ли это, что он передастся по наследству? «Частота наследственных форм рака — 5-10%, — отвечает Биттуева. — Остальные 90% — спорадические, то есть возникают вследствие сбоев в организме, накопления мутаций в течение жизни человека. Ученые предполагают, что для появления раковой клетки достаточно двенадцати мутаций, и особенно опасно, когда они происходят в генах, контролирующих нормальный рост и развитие клетки. Именно поэтому рак чаще встречается в пожилом возрасте».
Тем не менее, наследственные случаи пропускать нельзя. «Сдать анализ в первую очередь следует тем женщинам, у которых близкие родственницы — мама, сестра, бабушка, тетя — болели раком молочной железы (особенно до 50 лет) или раком яичников. А также если встречались случаи множественного рака, когда у одного человека было несколько разных опухолей, — советует Биттуева. — Можно составить «генеалогическое древо болезней», узнать, кто из старших родственников какими болезнями болел и в каком возрасте. Это будет ценной информацией для принятия решения о скрининге. Однако также необходимо проходить регулярные чек-апы: до 40 лет — УЗИ молочных желез раз в год, после 40 лет — маммография раз в один-два года. Это — золотой стандарт».
Хорошая новость в том, что обнаружение мутации — не приговор, а ключ к эффективному лечению. «Если у пациентки обнаружена мутация в гене BRCA, врач-онколог имеет юридическое и медицинское основание назначить таргетную терапию бесплатно по ОМС. Наше исследование — это необходимый этап, чтобы лечение в онкодиспансере КБР стало более адресным и эффективным».
И наконец — о том, что звучит почти как фантастика, но уже становится предметом лабораторных разработок. Можно ли не просто выявить поломку, а исправить ее на молекулярном уровне? «С помощью методов редактирования геномов, таких как CRISPR-Cas9 (метод молекулярных ножниц), возможна точечная замена одного нуклеотида в гене BRCA2. После этого функция дефектного белка восстанавливается, и организм снова сам начинает уничтожать предопухолевые клетки. Поиск уникальных для нашего региона мутаций — это основа для будущей локальной генной терапии: мы точно знаем, что чинить и у кого».
Пока до массового применения «молекулярных ножниц» в онкологии далеко, но фундамент закладывается именно сейчас. Сотни образцов крови и тысячи расшифрованных букв ДНК — это не просто цифры. Это база, которая однажды станет основой для персонализированной генной терапии, ориентированной не на усредненного человека, а на конкретную женщину из Кабардино-Балкарии.
В России нашли уникальные мутации рака груди у жительниц Кавказа
До сих пор в гибридных структурах ферромагнетик—двумерная электронная структура ученые в основном исследовали взаимодействие плазмонов (коллективных колебаний электронной плотности) с магнонами, или спиновыми волнами. Однако в двумерной электронной структуре может возникать циклотронный резонанс. Это явление наблюдается, когда электроны, движущиеся в магнитном поле по окружности, поглощают электромагнитную волну, если ее частота совпадает с частотой их вращения. Именно взаимодействие этого резонанса и ферромагнитного впервые обнаружили российские ученые и теоретически исследовали его. Статья опубликована в «Письмах в Журнал экспериментальной и теоретической физики (ЖЭТФ)».
«Наше исследование потребовало знаний из разных областей физики: динамики электронов в двумерных системах и динамики намагниченности в магнетиках — условно говоря, двумерной плазмоники и спинтроники», — рассказал Андрей Заболотных, доцент кафедры электроники МФТИ, эксперт НЦМУ «Центр перспективной микроэлектроники».
Физики рассмотрели простую модель: двумерная электронная система на тонкой ферромагнитной пленке, которая, в свою очередь, лежит на металлическом затворе. Вся структура помещена во внешнее магнитное поле, перпендикулярное плоскости слоев. На основе этой модели ученые получили аналитические формулы для коэффициента поглощения и частот резонансов. Вычисления показали, что циклотронный и ферромагнитный резонансы взаимодействуют друг с другом, что проявляется в виде взаимного расталкивания частот — антикроссинга. Если бы связи между резонансами не было, то их частоты просто пересекались. Затем физики выполнили расчеты для реалистичных параметров материалов — ферромагнитной пленки Bi:TmIG и двумерной электронной системы на основе AlGaAs.
Для реальных материалов величина расщепления, то есть разница между частотами при взаимодействии, составила 1,6 ГГц при магнитном поле около 131 Э. Этот результат говорит о том, что эффект доступен для экспериментального наблюдения. Кроме того, вычисления показали, что в предложенной системе магнитная пленка способна усиливать циклотронный сигнал в несколько раз, что позволит повысить его чувствительность.
Обнаруженное российскими учеными резонансное взаимодействие создает новый, управляемый канал сильной связи между магнитной и электронной подсистемами. Результаты исследования актуальны для развития спинтроники, магнонной логики, нейроморфных вычислений и гибридных магнито-электронных устройств.
«Что касается дальнейших исследований, то идей довольно много. Во-первых, переход в более высокочастотный (терагерцевый) диапазон, например, за счет замены ферромагнетика на антиферромагнетик. Во-вторых, исследование гибридизации магнонов с плазмонами (коллективными возбуждениями 2D-системы). Интересно было бы перейти к двумерным магнетикам для усиления связи за счет непосредственной близости слоев», — поделился Игорь Загороднев, заведующий лабораторией электронных свойств низкоразмерных систем ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, старший научный сотрудник Международного центра теоретической физики им. А.А. Абрикосова МФТИ.
Новый эффект в гибридных структурах: физики предсказали взаимодействие между циклотронным и ферромагнитным резонансами
С момента первого обнаружения гравитационных волн (гравиволн) в 2015 году исследования в этой области становятся все более интересными и экзотическими. Теоретики давно предполагали, что если вокруг черных дыр существуют облака темной материи (ТМ), они могут слегка менять движение объектов и форму гравитационного сигнала.
Эта гипотеза недавно получила подкрепление: проанализировав потенциальное влияние ТМ на движение компактных объектов и распространение гравитационных сигналов, астрофизики заключили, что распределение темной материи в космическом пространстве и вокруг сливающихся черных дыр способно искажать форму гравиволн.
Теперь ученые обратили внимание на особо легкие скалярные частицы — гипотетические частицы с чрезвычайно малой массой, в том числе аксионы и похожие на них частицы. Если темная материя состоит именно из таких частиц, то в некоторых моделях они могут образовывать плотные облака вокруг вращающихся черных дыр благодаря эффекту сверхизлучения (то есть черная дыра передает этим частицам часть энергии своего вращения).
[shesht-info-block number=1]
Чтобы проверить, можно ли увидеть следы подобных облаков в реальных данных LIGO, VIRGO и KAGRA, исследователи создали специальную модель гравиволн, учитывающую влияние такого облака на движение двойной системы черных дыр. Затем модель протестировали на сложных численных симуляциях, где космические «монстры» сливались внутри облака темной материи.
Выяснилось, что присутствие облака слегка ускоряет спиральное сближение черных дыр. Из-за этого меняется частота гравитационных волн — тот самый нарастающий сигнал, регистрируемый детекторами. В обычных моделях без окружающей среды такие отклонения можно ошибочно интерпретировать как другие массы или параметры системы.
Проверив модель, авторы статьи проанализировали 28 событий из каталога GWTC-3. В большинстве случаев данные хорошо согласовывались с обычной картиной без ТМ. Однако в двух событиях — GW190814 и особенно GW190728 — ученые заметили кое-что необычное. Для GW190728 статистический анализ выявил умеренное предпочтение сценарию, в котором черные дыры окружало облако темной материи.
[shesht-info-block number=2]
Если выводы верны, речь может идти о частице с массой порядка 10⁻¹² электронвольт. Это чрезвычайно малая величина: такие частицы были бы настолько легкими, что вели бы себя скорее как волны, а не обычные частицы ТМ. Подобные объекты, однако, некоторые группы ученых рассматривают как кандидаты на «волновую» темную материю, способную объяснить ряд космологических загадок.
Авторы научной работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters, подчеркнули, что речь не идет об открытии. Сигнал остается статистически слабым, а похожие эффекты могут возникать из-за других факторов, например газа вокруг черных дыр или особенностей их орбит. Иными словами, речь идет об очень слабом эффекте, требующем дальнейшей проверки. Исследование тем не менее показало, что гравитационные волны постепенно превращаются не только в инструмент астрофизики, но и в способ поиска новой физики в целом.
Отметим, в научном сообществе все чаще сомневаются в том, что темная материя состоит из частиц. Хотя в ее существовании исследователи уверены, ни одна из множества гипотез о природе ТМ так и не получила подтверждения.
Слияния черных дыр поищут в облаках темной материи
По мере роста городов и отдаления человека от природы ученые все активнее изучают, как это сказывается на нашем благополучии. Многочисленные исследования доказали: контакт с естественной средой полезен для психического и физического здоровья. Традиционно этот эффект объясняли тем, что природа снижает стресс и восстанавливает. Однако исследователи признают: механизмы здесь сложнее и многие до сих пор не изучены.
Существует теория о том, что важным посредником может выступать позитивный образ тела — уважительное и принимающее отношение к собственной телесности. Международный коллектив ученых проверил эту теорию.
Авторы исследования организовали масштабный международный проект с участием 253 ученых. После проверки в итоговую выборку вошли 50 363 человека из 58 стран, говорящих на 36 языках. Средний возраст участников составил 33 года, большинство — женщины, проживающие в городах.
Участники заполняли опросники, измеряющие: уровень контакта с природой в повседневной жизни, чувство связи с природой, самосострадание (доброе отношение к себе в трудные моменты), степень психологического восстановления после последнего визита на природу, а также ключевые показатели (позитивное отношение к телу и удовлетворенность жизнью). Результаты исследования опубликовал журнал Environment International.
Исследователи построили и проверили статистическую модель, в которой контакт с природой связан с удовлетворенностью жизнью не напрямую, а через цепочку факторов. Главным посредником выступил позитивный образ тела, а к нему, в свою очередь, вели три возможных пути: через самосострадание, чувство связи с природой и ощущение восстановления после пребывания в ней. Важной частью работы стала проверка того, работает ли эта схема одинаково в разных культурах, независимо от пола и возраста.
[shesht-info-block number=1]
Анализ опросов показал, что частота пребывания на природе повысила удовлетворенность жизнью и позитивный образ собственного тела. Но связь оказалась опосредованной. Контакт с природой усиливает самосострадание, оно помогает сформировать принимающее отношение к телу, а это отношение повышает удовлетворенность жизнью.
Второй путь проходит через психологическое восстановление: природа дарит чувство отдыха, ясности и спокойствия. Это состояние улучшает образ тела, что, в свою очередь, усиливает благополучие. Третий предполагавшийся путь — через чувство единства с природой — оказался слабым, вопреки некоторым предыдущим выводам.
Модель показала кросс-культурную устойчивость. Она работает одинаково для людей любого пола и возраста и подтвердилась в 53 странах из 58. Отклонения, которые могут объясняться местной культурной спецификой или особенностями выборок отметили лишь в Бразилии, Индии, Пакистане, Латвии и на Тайване.
Исследователи объяснили, почему прогулки на природе делают людей счастливыми
Объем научно-технической информации (патентов, статей, отчетов) с каждым днем стремительно увеличивается. Эффективно работать с этим массивом данных помогает искусственный интеллект. Как правило, большие языковые модели, представленные на рынке, мультиязычные и обучены на разных языках. Но в популярных чат-ботах с генеративным искусственным интеллектом, таких как ChatGPT, превалируют данные на английском, что грозит появлением монокультуры данных в области ИИ.
Ученые Института статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ дообучили существующие большие языковые модели, чтобы получить инструмент, способный более точно анализировать научные тексты на русском языке с пониманием предметной специфики. Основой послужил корпус данных iFORA-QA, вручную собранный более чем 150 экспертами ИСИЭЗ из аналитических материалов и отчетов в области науки, технологий и инноваций. Программа прошла государственную регистрацию.
После адаптации точность модели при ответах на узкопрофессиональные вопросы в сфере науки, технологий и инноваций выросла, скорость генерации увеличилась в 2,7 раза, а использование памяти сократилось на 73% по сравнению с открытой мультиязычной моделью.
«Универсальные языковые модели знают много, но поверхностно. Нам же нужна модель, которая понимает, о чем пишут российские ученые и инженеры. Благодаря проведенным исследованиям мы смогли научить алгоритм мыслить в категориях предметной области, понимать связи между сложными понятиями и корректно интерпретировать запросы», — комментирует главный аналитик проекта, научный сотрудник и ведущий эксперт Центра стратегической аналитики и больших данных ИСИЭЗ Анастасия Малашина.
Уже в этом году исследователи разработают дополнительные полезные инструменты на базе адаптированной модели. Первым станет умный поисковик — он снизит риски галлюцинирования модели и будет формировать выводы только со ссылками на научные источники информации. Второй инструмент — граф связей, который позволит выявлять закономерности, в том числе скрытые, на основе структуры источников. Кроме того, модель получит способность работать с неполной и неоднозначной информацией, а также рассуждать, то есть не просто давать ответ, а сначала анализировать, чего ей не хватает, задавать уточняющие вопросы пользователю и только потом формулировать подробный ответ.
В итоге все эти возможности объединятся в единую мультиагентную систему, которая позволит решать сложные задачи автоматически.
«Мы создаем целостную систему интеллектуальных агентов, адаптированную под реалии российской науки. Она будет работать на базе большой языковой модели и сможет автономно анализировать научно-техническую информацию и выявлять скрытые связи. Это шаг к автоматизации научной аналитики, где ИИ становится партнером исследователя», — подчеркивает Анастасия Малашина.
Нейросеть научили анализировать научные статьи и патенты на русском языке
Кукурузная лиственная совка (Spodoptera frugiperda) — опасный сельскохозяйственный вредитель, способный вырабатывать устойчивость к химическим инсектицидам. Гусеницы этого вида массово пожирают листья и молодые початки многих культур, включая рис. Ученым давно известно, что листья растений покрыты трихомами — жесткими волосками, которые усложняют насекомым передвижение и питание. У риса такие волоски густо покрывают не только листья, но и колоски. Биологи из Университета Арканзаса решили выяснить, какую функцию выполняют нежелезистые (не выделяющие ядов или смол) трихомы на репродуктивных органах растения.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Ecological Processes, провели эксперименты с молодыми гусеницами совки в лаборатории и теплице. Насекомым предлагали на выбор колоски риса на стадии активного цветения (когда створки цветка приоткрыты) и на стадии созревания зерна (тестовая спелость). В части экспериментов гусеницам оставляли доступ к сочным листьям. Параллельно с помощью газовой хроматографии ученые проанализировали химический состав летучих веществ, которые выделяет растение. Погибших в ходе опытов насекомых исследовали под электронным сканирующим микроскопом.
Оказалось, что цветущий рис работает как мышеловка. В период цветения колосок выделяет специфический коктейль пахучих веществ (в частности, додекан и этилгексаналь), который привлекает гусениц гораздо сильнее, чем запах зреющего зерна.
Следуя за приманкой, гусеница заползает в приоткрытый цветок риса. В этот момент в дело вступают трихомы. Густой слой жестких волосков расположен под таким углом, что насекомое легко продвигается вперед, но лишается возможности дать задний ход — волоски впиваются в тело и блокируют движение.
Гусеница гибнет из-за естественных биологических ритмов самого растения. Вскоре после опыления цветок риса закрывается, чтобы защитить формирующуюся завязь. Электронная микроскопия показала, что смыкающиеся створки колоска раздавливают застрявших внутри гусениц — на снимках видны деформированные и сплющенные головные капсулы насекомых.
Этот метод защиты оказался эффективным: от 50 до 53% молодых гусениц попали в ловушку и погибли в течение 48 часов, даже когда у них был свободный доступ к обычным листьям. При этом, в отличие от хищных растений вроде венериной мухоловки, рис не переваривает своих жертв — мертвые гусеницы просто высыхают внутри колоска. Механизм служит исключительно для обороны, защищая будущее потомство растения от поедания.
Авторы работы отмечают, что ловушку риса можно использовать в агрономии. Понимание этой механики позволит селекционерам выводить новые сорта злаков с определенной плотностью и углом наклона трихом на колосках. Такие растения смогут эффективно сокращать популяции вредителей физическим способом, снижая потребность в токсичных химических пестицидах.
Возможность того, что насекомые могут чувствовать боль, в последние годы очень интересует научное сообщество. До недавнего времени считалось, что нервная система насекомых не реагирует на боль, поскольку в ней отсутствуют соответствующие нейроны. Однако, когда исследователи начали анализировать поведенческие индикаторы болевых ощущений, картина несколько изменилась.
Речь идет не о кратковременной нервной реакции на боль — например, рефлекторном отдергивании лапки при контакте с огнем, — а о стойком изменении поведения в ответ на длящиеся болезненные ощущения. Один из таких признаков — «гибкий самозащитный груминг», когда животное целенаправленно, в течение длительного периода времени, направляет свое внимание на пострадавшую часть тела.
Подобную реакцию заботы можно наблюдать у человека, который растирает, бережет, ухаживает за больным местом. Похожее поведение заметили у других позвоночных — крыс, птиц, рыб, а также у некоторых беспозвоночных — крабов, омаров, креветок, каракатиц и осьминогов.
[shesht-info-block number=1]
Что касается насекомых, то реакцию самозащитного груминга в 2024 году выявили у земляных шмелей. После ожога одного из усиков-антенн насекомые потирали его чаще, чем другой, неповрежденный. Ученые сделали вывод: такое поведение может служить косвенным доказательством того, что насекомые, в частности шмели, все же способны чувствовать боль.
Результаты нового исследования подтвердили это предположение. Энтомологи из Сиднейского университета (Австралия), статья которых опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B, обнаружили реакцию самозащитного груминга у домашнего сверчка (Acheta domesticus).
[shesht-info-block number=2]
Во время экспериментов с десятками сверчков исследователи случайным образом распределяли насекомых на группы. К одному из усиков-антенн сверчков из «болевой» группы прикладывали паяльник, нагретый до 65 °C — достаточно горячей температуры, чтобы это было немного неприятно, но в то же время не причинило насекомому серьезного вреда. К усикам сверчков из второй группы прикладывали тот же паяльник, но холодный, а третья группа была контрольной.
Как установили ученые, в подавляющем большинстве случаев сверчки, подвергшиеся воздействию горячего паяльника, тут же переключали свое внимание на пострадавший усик. Они значительно больше и дольше заботились о нем, чем за здоровым усиком: чаще чистили его, потирали и ухаживали.
У собратьев из второй группы, усика которых касались холодным паяльником, такого поведения не наблюдалось. Они были в первый момент немного встревожены, но очень быстро возвращались к обычной активности.
«Полученные результаты предоставляют убедительные доказательства гибкой, направленной на определенное место самозащиты у прямокрылых, восполняя ключевой пробел в доказательствах болевых состояний за пределами позвоночных», — подвели итог исследователи.
Как отметил в комментарии для The Guardian ведущий автор исследования Томас Уайт, вопрос «Чувствуют ли насекомые боль?» особенно актуален для сверчков — этих «куриц и коров» мира насекомых, которых выращивают миллиардами и триллионами для производства продуктов питания, кормов и научных исследований. По мнению Уайта, если жизнь сверчков «может быть лучше или хуже, то мы должны это учитывать».
Так, опубликованная в апреле 2024 года «Нью-Йоркская декларация о сознании животных», которую подписали 594 ведущих мировых ученых и философов, признает «реалистичную возможность сознательного опыта» у всех позвоночных и многих беспозвоночных, включая насекомых.
Сверчков заподозрили в способности чувствовать боль
Луолишанииды (Luolishaniidae), известные под неформальным названием «монстры Коллинза», жили под водой в кембрийскую эпоху. Их остатки находят по всему миру, от Канады до Китая. Свое название они получили за червеобразное тело, несколько пар когтистых ходильных ног на задней части туловища и пять или шесть пар передних конечностей, несущих длинные перистые щетинки.
Ученые долго спорили о назначении этих щетинок. Например, есть теория о захвате относительно крупной добычи с помощью этих же самых щетинистых конечностей. Известно, что эти животные были хищниками и, судя по их анатомии, активными.
Ученые из Гарвардского университета (США) выяснили назначение щетинок луолишаниид. Они предположили, что эти части тел могли быть фильтрами, которые животное выставляет в водное пространство, с помощью них разделяет воду и планктон, которым и питается. А сами животные в таком случае относятся не к активным хищникам, а к фильтраторам. У водных животных-фильтраторов размер фильтрующего аппарата, как правило, коррелирует с размером тела самого животного и, как следствие, с размером предпочитаемой добычи.
Для анализа исследователи собрали все доступные данные по описанным видам луолишаниид. Используя высококачественные изображения типовых экземпляров, измерили расстояние между щетинками у каждого вида, затем сопоставили эти данные с общей длиной тела животных. Результаты исследования опубликовали в журнале Biology Letters.
Результаты анализа показали, что чем крупнее был луолишаниид, тем больше был и размер ячеи, которую он мог использовать для отлова добычи. Это справедливое правило для всех подводных хищников, в том числе раков и моллюсков. На основе этих данных ученые впервые рассчитали примерный размер добычи, которую могли потреблять представители разных видов. Самые мелкие формы с шагом сети около 100-160 микрометров могли питаться самыми крупными представителями микропланктона.
Более же крупные виды, включая имевшие шаг сети от 250 до 450 микрометров, были идеально адаптированы для питания мезопланктоном — различными зоопланктонными организмами, такими как личинки членистоногих, брахиопод, моллюсков.
[shesht-info-block number=1]
Кроме того, авторы исследования представили тела луолишаниид в виде цилиндров, вычислили их эквивалентный сферический диаметр и сопоставили его с таковым для предполагаемой добычи. Полученные соотношения затем наложили на обширную базу данных по современным морским беспозвоночным, включающую как активных хищников-засадников, так и фильтраторов, таких как веслоногие рачки, ветвистоусые, коловратки, личинки трохофорных животных.
Луолишанииды по своему соотношению «хищник — жертва» уверенно попадают в кластер фильтраторов, будучи в среднем в 30-50 раз крупнее своей добычи. Для сравнения, активные хищники, такие как морские стрелки, атакуют добычу, которая меньше их всего в пять раз.
Таким образом, монстры Коллинза, будучи медлительными бентосными животными, вероятно, прикреплялись с помощью мощных когтистых задних ног к твердому субстрату в местах с умеренным течением, выставляя свои «щетки» перпендикулярно потоку воды для пассивного улавливания пищи. При этом наличие у многих видов яркой брони из спинных шипов, вероятно, служило эволюционной компенсацией за уязвимость, связанную с малоподвижным образом жизни на виду у хищников.
Древних монстров Коллинза исключили из активных хищников
Человек прямоходящий, или Homo erectus, был широко распространен в Африке, Европе и Юго-Восточной Азии около двух миллионов лет назад. Он первым из древних людей покинул Африку и переселился в Западную Азию. Ископаемые останки указывают на то, после расселения в Китае и Индонезии Homo erectus обитал в этих регионах на протяжении примерно полутора миллионов лет. Он сыграл ключевую роль в истории эволюции человека, однако молекулярных и генетических данных о нем, в силу возраста и культурной ценности останков, почти не сохранилось, поэтому популяционное разнообразие и возможная связь с современными людьми оставались неясными.
До сих пор единственными молекулярными данными, полученными от Homo erectus, были белки, выделенные из зуба возрастом 1,77 миллиона лет, найденного в Грузии. Однако генетические отличия от других видов проследить не удалось из-за состояния останков.
Ученые из Института палеонтологии позвоночных и палеоантропологии Китайской академии наук совместно с коллегами из других научных организаций исследовали шесть зубов Homo erectus, живших примерно 400 тысяч лет назад, найденных в Китае. Благодаря методу микроразрушающего отбора проб палеонтологам удалось успешно извлечь древние белки эмали зубов, не повредив древние останки. Поскольку гены ДНК кодируют соответствующие им белки, полученные данные позволяют оценить генетическое родство Homo erectus с другими видами. Исследование опубликовано в онлайн-версии журнала Nature.
При анализе белков палеогенетики обнаружили две мутации, указывающие на генетическую связь между восточноазиатскими Homo erectus и денисовцами, которые, в свою очередь, сосуществовали с неандертальцами и людьми современного типа. Первая мутация не имеет совпадений ни с одним из известных гомининов, но подтверждает, что останки Homo erectus из трех регионов Китая принадлежали к одной и той же эволюционной популяции.
А вот вторая мутация была ранее обнаружена у денисовского человека, вымершего около 40-50 тысяч лет назад. Его останки впервые нашли в древнейшей обитаемой пещере на Алтае — Денисовой пещере. Это указывает на то, что поздние Homo erectus и предки денисовцев на протяжении какого-то времени сосуществовали, взаимодействовали и даже имели общее потомство. Согласно геномным исследованиям, у неандертальцев, денисовцев и современных людей был общий предок. Он передал денисовцам до 8% генетической информации. Часть этих архаичных участков ДНК сохранилась в геноме современных жителей Азии и тихоокеанских островов.
Вероятно, обнаруженную мутацию денисовцы могли получить от Homo еrectus, живших на тех же территориях сотни тысяч лет назад. Ученые рассчитывают, что дальнейшие исследования этого вида помогут прояснить вопросы их эволюции, популяционного разнообразия и взаимодействия с другими древними людьми.
Анализ ископаемых зубов указал на связь Homo erectus и денисовцев 400 тысяч лет назад
Некоторые коммерческие крема от загара содержат химические соединения, которые могут вредить морским экосистемам — кораллам, водорослям и мелким морским организмам. Речь идет прежде всего об УФ-фильтрах оксибензоне, октиноксате и октокрилене, нейтрализующих действие ультрафиолетовых лучей на кожу.
Авторы предыдущих исследований показали, что в определенных концентрациях эти вещества могут усиливать обесцвечивание кораллов, повреждать ДНК и клетки их личинок, влиять на развитие рыб и беспозвоночных, накапливаться в воде возле пляжей.
В ряде регионов ввели ограничения на распространение солнцезащитных кремов. В частности, на Гавайях (штат США) ограничили продажу солнцезащитных средств с оксибензоном и октиноксатом.
Поэтому ученые ищут альтернативу существующим УФ-фильтрам. Необходимое вещество удалось обнаружить в природе, где уже есть собственные механизмы защиты от ультрафиолета, — гадусол.
На Земле гадусол вырабатывают многие организмы. Например, он содержится в икринках лучеперых рыб данио-рерио (Danio rerio), а также в кораллах. Но там его содержание низкое, поэтому извлекать гадусол из организмов для последующего использования в солнцезащитных средствах нецелесообразно.
[shesht-info-block number=2]
Команда биологов из Китая под руководством Пин Чжана (Ping Zhang) из Университета Цзяннань научилась получать гадусол биотехнологически. Ученые внедрили гены рыбок Danio rerio в бактерию Escherichia coli, чтобы «оснастить» ее ферментами, необходимыми для синтеза гадусола.
Затем повысили эффективность производства вещества с помощью малых РНК, регулирующих работу генов. После подобрали наиболее оптимальные условия, при которых бактерия производила максимальное количество гадусола. В результате «урожайность» выросла почти в 93 раза — с 45,2 миллиграмма до 4,2 грамма на литр питательной среды.
Во время эксперимента гадусол показал антиоксидантные свойства, сопоставимые с витамином C. Речь идет о способности «ремонтировать» клетки, поврежденные свободными радикалами — агрессивными молекулами, которые могут повреждать клетки, ДНК и ткани организма. Они образуются, например, под действием ультрафиолета.
[shesht-info-block number=1]
Многие животные используют гадусол в природе, значит, по мнению Чжана и его коллег, есть шанс, что он окажется безопасным и для человека, и для окружающей среды. Кроме того, из-за прозрачности гадусол может не оставлять на коже белесый след, как некоторые современные солнцезащитные средства.
Но исследователи предупредили, что до настоящего коммерческого крема еще далеко. Существуют две главные проблемы. Первая — нужно научиться дешево и массово производить гадусол. Вторая — необходимо создать устойчивую формулу крема, благодаря которой вещество будет как можно дольше удерживаться на коже.
Проблему массового производства команда Чжана частично решила: специалисты заставили палочковидную бактерию Escherichia coli вырабатывать гадусол в больших количествах. Однако вопрос себестоимости продукта пока остается открытым.
Выводы исследователей представлены в журнале Trends in Biotechnology.
Сельское хозяйство по всему миру постепенно отказывается от антибиотиков — стимуляторов роста из-за угрозы появления устойчивых к лекарствам микроорганизмов. Однако без таких препаратов птицы на фермах чаще страдают от хронического воспаления кишечника, теряют вес и потребляют больше корма впустую. Идеальная замена должна снимать воспаление и поддерживать рост животных без побочных эффектов.
Авторы исследования, опубликованного в журнале npj Biofilms and Microbiomes, решили использовать вместо антибиотиков виноградный жмых — побочный продукт производства вина и сока, на который приходится до 20% массы переработанного винограда. Он богат клетчаткой, антиоксидантами и полифенолами, но на практике чаще всего просто гниет на свалках.
Чтобы проверить эффективность жмыха, исследователи из Корнеллского университета провели эксперимент на 126 цыплятах-бройлерах. Для имитации проблемы реальных птицефабрик у животных искусственно вызвали хроническое воспаление кишечника с помощью тяжелой диеты. В корм добавили 30% рисовых отрубей, богатых некрахмалистыми полисахаридами.
Затем птиц распределили на шесть групп. Первая питалась стандартным кормом, вторая получала только тяжелую диету, а третьей вместе с тяжелой диетой давали популярный кормовой антибиотик цинк-бацитрацин. Оставшимся трем группам давали корм без антибиотика, но с 0,5% виноградного жмыха — обычного, ферментированного лактобактериями и ферментированного дрожжами. На протяжении 42 дней ученые фиксировали набор веса, анализировали состав крови, микробиом слепой кишки и активность генов в кишечнике птиц.
Тяжелая диета привела к сильному воспалению и падению набора веса на 54%. Однако виноградный жмых почти полностью компенсировал эти потери: птицы росли так же хорошо, как бройлеры на антибиотиках. У цыплят на виноградной диете снизилась экспрессия генов воспаления (IL-1β и TNF-α), а ворсинки в кишечнике, отвечающие за всасывание питательных веществ, стали заметно крупнее.
Жмых сработал как пребиотик и перестроил микробиом птиц. У бройлеров резко упала численность патогенов (Clostridium и Klebsiella) и выросла популяция полезных бактерий (Monoglobus и Lactobacillaceae). Особенно эффективно проявил себя жмых, ферментированный лактобактериями: он спровоцировал выделение большого количества масляной (бутирата) и пропионовой кислот. Эти молекулы служат главным топливом для клеток кишечника и гасят воспаление.
Важнейшее различие между диетами обнаружили при анализе помета на гены антибиотикорезистентности. В группе на цинк-бацитрацине произошел ожидаемый всплеск гена устойчивости bcrA. У птиц, питавшихся жмыхом, таких генов не выявили: добавка обеспечила тот же коммерческий результат в виде набора веса, но не создала угрозы появления супербактерий.
Ученые предлагают экономически выгодное решение проблемы устойчивости к антибиотикам в агропромышленности. Применение биологически активных отходов виноделия в качестве функциональной кормовой добавки поможет оздоровить птицеводство и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.
Виноградный жмых помог вырастить здоровых кур без антибиотиков
Сельское хозяйство по всему миру постепенно отказывается от антибиотиков — стимуляторов роста из-за угрозы появления устойчивых к лекарствам микроорганизмов. Однако без таких препаратов птицы на фермах чаще страдают от хронического воспаления кишечника, теряют вес и потребляют больше корма впустую. Идеальная замена должна снимать воспаление и поддерживать рост животных без побочных эффектов.
Авторы исследования, опубликованного в журнале npj Biofilms and Microbiomes, решили использовать вместо антибиотиков виноградный жмых — побочный продукт производства вина и сока, на который приходится до 20% массы переработанного винограда. Он богат клетчаткой, антиоксидантами и полифенолами, но на практике чаще всего просто гниет на свалках.
Чтобы проверить эффективность жмыха, исследователи из Корнеллского университета провели эксперимент на 126 цыплятах-бройлерах. Для имитации проблемы реальных птицефабрик у животных искусственно вызвали хроническое воспаление кишечника с помощью тяжелой диеты. В корм добавили 30% рисовых отрубей, богатых некрахмалистыми полисахаридами.
Затем птиц распределили на шесть групп. Первая питалась стандартным кормом, вторая получала только тяжелую диету, а третьей вместе с тяжелой диетой давали популярный кормовой антибиотик цинк-бацитрацин. Оставшимся трем группам давали корм без антибиотика, но с 0,5% виноградного жмыха — обычного, ферментированного лактобактериями и ферментированного дрожжами. На протяжении 42 дней ученые фиксировали набор веса, анализировали состав крови, микробиом слепой кишки и активность генов в кишечнике птиц.
Тяжелая диета привела к сильному воспалению и падению набора веса на 54%. Однако виноградный жмых почти полностью компенсировал эти потери: птицы росли так же хорошо, как бройлеры на антибиотиках. У цыплят на виноградной диете снизилась экспрессия генов воспаления (IL-1β и TNF-α), а ворсинки в кишечнике, отвечающие за всасывание питательных веществ, стали заметно крупнее.
Жмых сработал как пребиотик и перестроил микробиом птиц. У бройлеров резко упала численность патогенов (Clostridium и Klebsiella) и выросла популяция полезных бактерий (Monoglobus и Lactobacillaceae). Особенно эффективно проявил себя жмых, ферментированный лактобактериями: он спровоцировал выделение большого количества масляной (бутирата) и пропионовой кислот. Эти молекулы служат главным топливом для клеток кишечника и гасят воспаление.
Важнейшее различие между диетами обнаружили при анализе помета на гены антибиотикорезистентности. В группе на цинк-бацитрацине произошел ожидаемый всплеск гена устойчивости bcrA. У птиц, питавшихся жмыхом, таких генов не выявили: добавка обеспечила тот же коммерческий результат в виде набора веса, но не создала угрозы появления супербактерий.
Ученые предлагают экономически выгодное решение проблемы устойчивости к антибиотикам в агропромышленности. Применение биологически активных отходов виноделия в качестве функциональной кормовой добавки поможет оздоровить птицеводство и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.
Виноградный жмых помог вырастить здоровых кур без лекарств
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