Образовательный блог МТИ

Может ли Россия использовать опыт Индии в области инноваций?

Как будет развиваться двустороннее сотрудничество в сфере высоких технологий? Может ли Россия использовать опыт Индии в области инноваций, в том числе в продвижении сколковского проекта? Добиться впечатляющих успехов этой азиатской стране помог «город будущего» — Бангалор. Десять лет назад индийцам впервые удалось занять первое место в неофициальном зачете государств — производителей информационных технологий, подвинув с пьедестала США.

Столица «индийского чуда» — Бангалор — умудряется сочетать в себе черты современного мегаполиса и традиционного индийского быта. Его жители уверены, что их город по праву называется «самым европейским» на всем субконтиненте. Здесь и бросающаяся в глаза чистота улиц, и наличие современной архитектуры, и конечно же пробки. С начала современного этапа реформ Бангалора (1992 год) по настоящий момент город практически удвоил свое население с 2 миллионов 800 тысяч человек до 5 миллионов 400 тысяч. Количество же автотранспорта возросло в десятки раз.

По прогнозам экспертов, размер IT-сегмента индийской экономики должен составить от 80 до 90 миллиардов долларов. Цифра сама по себе впечатляющая. А если добавить к ней предсказания роста на уровне 15-20 процентов в год на ближайшие пять лет, становится ясно — подвинуть себя с занятых позиций в обозримом будущем индийцы не позволят никому.

Страна с ограниченными, по нашим меркам, природными и финансовыми ресурсами около двадцати лет назад сделала ставку на единственное свое конкурентное преимущество — людей. Подготовке высококвалифицированных кадров в республике уделяется повышенное внимание. Создана эффективная система квот, дающая шанс широким слоям населения получить высшее образование. Только в Бангалоре сконцентрированы пять технических университетов, около 20 профильных техникумов и полсотни своего рода IT-ПТУ, где обучаются новые индийские Ломоносовы виртуального мира.

И эта своеобразная «кузница кадров индийского чуда» не только обеспечивает специалистами внутренний рынок, но еще и с завидной регулярностью «экспортирует» их в США, Канаду и Европу. Казалось бы, утечка мозгов. Однако не все так просто. Закрепившись в признанных мекках мировых информационных технологий, «утекшие» выполняют и главную функцию — рекламу бренда «индийский программист».

Итоги «экспорта мозгов» не заставили себя ждать. Крупнейшие мировые корпорации быстро смекнули, что намного выгоднее осуществлять разработку непрофильных IT-продуктов, используя не выехавших на Запад индийских специалистов, а тех, кто живет и работает в стране. Плюсы очевидны. Большой выбор относительно дешевой и квалифицированной рабочей силы, сконцентрированной в Бангалоре, отсутствие языковых барьеров, наличие стабильной высокоскоростной связи, позволяющей обмениваться значительными объемами данных с коллегами по всему миру.

Да и государство, что называется, вовремя подсуетилось, организовав для Бангалора почти идеальные условия для регистрации малых IT-предприятий и привлечения ими иностранных инвестиций. В рекордно короткие для Индии сроки правительством были снижены тарифы на спутниковую связь, отменены пошлины на импорт телекоммуникационного оборудования и существенно сокращены сборы за ввоз в страну программного обеспечения и компьютеров. Поближе к программистам перебрались и основные внутренние потребители IT-продукции — оборонка, космос, машиностроение, производители полупроводников и медицинского оборудования.

Саджан Джиндал, сотрудник одного из старейших в Индии Бангалорского университета (создан в 1886 году): "Научный и производственный потенциал Бангалора создавался не на пустом месте. Жители штата Карнатака исторически считались людьми, склонными к исследовательской и научной деятельности. Можно сказать, что люди всегда были основной нашей ценностью. Уверен, что именно общеизвестность этого факта предопределила решение руководства республики превратить наш город в своеобразный национальный центр исследований и инноваций. На начальном этапе для преподавания новых для нас дисциплин мы активно привлекали специалистов из-за рубежа. Уговаривали лучших из выпускников после работы в США и Европе вернуться и хотя бы прочитать курс лекций, провести семинары. Сейчас же мы способны сами обеспечить себя преподавательским составом, уровень которого не хуже, а то и лучше американского".

Изначально идею превращения Бангалора в «город будущего», где должно быть сконцентрировано все передовое, высказывал еще первый премьер-министр страны Джавахарлал Неру более шестидесяти лет назад. Однако реальные возможности по воплощению его завета в реальность у страны появились лишь в начале 1990-х годов. Масштабная экономическая реформа в Индии, по времени совпавшая с нашей «шоковой терапией», позволила существенно либерализировать внутреннее законодательство, которое позволило активно привлекать к сотрудничеству иностранных инвесторов. На заседании кабинета министров в 1992 году было принято решение о выделении средств на перепрофилирование вузов Бангалора на выпуск IT-специалистов, а отрасли в целом был присвоен статус национального приоритета. 

По материалам www.inauka.ru

Еще один фоторецептор: палочки, колбочки и...

За наш замечательный дар зрения стоит благодарить палочки и колбочки, высокоспециализированные клетки-фоторецепторы. Но, оказывается, они получают серьезную помощь со стороны куда менее известных клеток нервной системы.

Само существование таких нейронов было обнаружено в 2000 г., ученые назвали их меланопсин-содержащими ганглионарными клетками сетчатки (Melanopsin-Containing Retinal Ganglion Cell, mRGC). За прошедшее с тех пор время различные исследования показали важную роль, которую играют эти клетки в регуляции циркадных ритмов организма и различных рефлекторных реакциях на освещение — скажем, сокращении зрачка на ярком свету. Но то, что они вовлечены в само зрение, никто и не подозревал.

Лишь прошлым летом появилось сообщение о том, что аксоны — отростки нейронов mRGC — тянутся глубоко в мозг; в исследованиях на мышах было показано, что они продолжаются в том числе и до тех регионов мозга, которые связаны со зрением, а не только до тех, которые обуславливают бессознательную реакцию на свет. Эту находку подтвердила и расширила недавняя работа, в ходе которой обнаружилось, что mRGC помогают мышам получать информацию об освещении окружающего пространства.

Ученые помечали клетки mRGC специальным белком и затем, найдя их на сетчатке глаза подопытной мыши, прослеживали их аксоны до мозга. И действительно, многие из этих аксонов приводили прямиком в боковое коленчатое тело — первый и базовый связанный с получением и обработкой зрительной информации «узел» головного мозга.

Тогда была выдвинута гипотеза о том, что если клетки mRGC действительно вовлечены в зрение, то изменение освещения будет создавать активность в этом «узле» даже у мышей, лишенных колбочек и палочек. Подведя миниатюрные электроды к головному мозгу 18-ти подопытных мышей, ученые сперва держали их в кромешной тьме, и затем освещали на минуту. Яркость освещения колебалась от слабой, сравнимой со светом звезд ночью, и до яркой, как днем — и при достаточной яркости в боковом коленчатом теле действительно регистрировались токи.

«По нашим данным, около 40% клеток мозга, обрабатывающих зрительную информацию, получают сигналы в том числе и от клеток mRGC, — говорит один из авторов исследования, — Что особенно интересно, если учесть, что нейроны mRGC составляют не более 2% клеток сетчатки, связанных с мозгом».

Пока остается неясным, способны ли эти рецепторы различать разные степени освещенности на разных участках зрительного поля, или оценивают эту характеристику в целом. Да и не все специалисты готовы сделать столь далеко идущие выводы. Так, американский нейрофизиолог Самер Хаттар (Samer Hattar) заявляет, что он «отнюдь не убежден в том, что клетки mRGC должны играть какую-то роль в зрении у мышей с нормально работающими палочками и колбочками». «История далеко не закончена», — резюмирует он.

По материалам www.popmech.ru

Математика в истории

По мнению многих экспертов, история не может стать строгой аналитической наукой из-за огромной сложности человеческих обществ и принципиальных различий, существующих между странами и эпохами. Однако специальные исследования показали наличие в историческом процессе строгих математических закономерностей. Для их изучения предлагается создать новую науку — «клиодинамику».

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

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

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

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

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

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

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

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

Исследователям удалось построить количественные модели демографических циклов, которые с большой точностью описывают динамику изученных переменных. В ходе этой работы, в частности, выяснилось, что связь между ростом населения и общественной нестабильностью не является прямой (по принципу «больше людей — нехватка продовольствия — гражданские беспорядки»); она опосредуется долгосрочными эффектами, которые оказывает рост населения на структуру общества. Важную роль играет явление, получившее название «перепроизводство элиты».

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

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

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

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

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

По материалам www.elementy.ru

Магнитная память «на беговой дорожке»: быстро, дешево и надежно

Исследовательская группа под руководством Стюарта Паркина анонсировала первые результаты работ по созданию нового класса энергонезависимой памяти — памяти «на беговой дорожке» (magnetic racetrack memory, MRM), или трековой памяти. Она соединит в себе быстроту оперативной памяти и дешевизну жестких дисков, превзойдет их по плотности записи и при этом будет потреблять в десятки раз меньше энергии.

Вероятно, уже в следующем десятилетии MRM заменит энергозависимую оперативную память, что позволит избавиться от ожидания при загрузке компьютеров — ведь операционная система и прикладные программы будут сохраняться в ОЗУ после их выключения!

В наши дни цифровая информация хранится на двух основных типах запоминающих устройств: на жестких магнитных дисках (hard disk drive, HDD) и твердотельных накопителях (solid state drive, SSD). Поскольку в основе механизма HDD лежит вращающийся магнитный диск, это уменьшает надежность хранения данных и делает доступ к ним довольно медленным — около 5 мс. У лишенных подвижных частей SSD-устройств (к ним относятся оперативные запоминающие устройства и флэш-память) время доступа к информации в миллион раз меньше — до 5 нс, но зато стоимость хранения одного бита примерно в 100 раз выше, чем у HDD. При этом оба типа накопителей построены на двумерной геометрии, так что увеличение их емкости может происходить только за счет дальнейшей миниатюризации ячеек.

Принципиально новую технологию хранения данных разрабатывает группа Стюарта Паркина (Stuart Parkin) из Альмаденского исследовательского центра (Almaden Research Centre) компании IBM в Сан-Хосе (США). Эта технология базируется на открытых не так давно спинтронных эффектах, в частности на использовании спинового тока для перемещения наноразмерных магнитных объектов — доменных стенок — в пределах магнитных нанопроволок. Под действием такого тока доменные стенки бегут друг за другом по этой проволоке, словно бегуны по спринтерской дорожке (треку). Поэтому такая технология получила название «память на беговой дорожке» (magnetic racetrack memory, MRM), или «трековая память».

Подобный подход позволит создать твердотельную память, соперничающую с жесткими дисками по стоимости и вместимости, но превосходящую их по производительности и надежности. Всё это может произвести революцию в сфере доступа и управления информацией.

Как работает память «на беговой дорожке»

Давайте сначала вспомним, как воспроизводилась музыка в старых кассетных магнитофонах. Магнитная лента, на которой расположены участки разной намагниченности, протягивается с постоянной скоростью мимо считывающей головки, которая «чувствует» намагниченность проходящего рядом участка ленты. Нечто подобное происходит и в устройствах с памятью «на беговой дорожке» — правда, с одной очень важной разницей: лента остается неподвижной, а движутся сами участки намагниченности!

Как такое может быть? Пусть у нас есть тонкая ферромагнитная проволока, в которой создана намагниченность. Отдельные стрелочки («маленькие магнитики») показывают направление локальной намагниченности материала; области, где это направление одинаковое, называются магнитными доменами. Домены разделены доменными стенками — узкими областями, где намагниченность перестраивается с одного направления на другое. Когда ток проходит сквозь намагниченный материал, он становится спин-поляризованным. Спин-поляризованный ток, в свою очередь, начинает разворачивать маленькие магнитики в ту или иную сторону. В результате такого разворота доменная стенка как бы сдвигается, причем направление сдвига одинаково для всех стенок.

Если на проволоке имеется какая-то последовательность стенок, то все они будут под действием спин-поляризованного тока «бежать» вперед с одинаковой скоростью. Получается, что магнитные домены, ограниченные этими стенками, движутся, но сама проволока остается на месте. Теперь достаточно поместить туда записывающее и считывающее устройство, и прототип трековой памяти готов.

Работа с этой проволочкой выглядит так. Вертикальная ячейка памяти установлена на кремниевую подложку поверх индивидуальных считывающего и записывающего элементов. Считывающий элемент создается на основе магнитного туннельного перехода (МТП) — одного из базовых элементов спинтроники. В нем есть два тонких магнитных слоя, разделенные изолятором. По законам классической теории электричества ток сквозь непроводящую прослойку течь не должен, но благодаря квантовому явлению туннелирования небольшой ток всё же течет, причем его сила очень чувствительна к направлению намагниченности участка беговой дорожки.

Выберем одно из двух возможных направлений намагниченности и назовем его «ноль», тогда второе направление будет соответствовать «единице». Нужно также зафиксировать длину каждого бита, чтобы длинный домен без стенок соответствовал длинной цепочке одинаковых битов. Если теперь к беговой дорожке приложить последовательность импульсов спин-поляризованного тока, домены придут в движение, а по изменению сопротивления на считывающем элементе будет фиксироваться череда нулей и единиц.

Запись информации производится еще одной магнитной нанопроволокой, расположенной поперек беговой дорожки. Она тоже манипулирует намагниченностью доменов — в нужные моменты времени импульсы тока в этом элементе порождают и сдвигают доменные стенки на беговой дорожке. Другими словами, записывающий элемент способен перестраивать доменную структуру так, как нам будет угодно.

Что сделано

Так всё должно выглядеть в идеале. А что уже удалось сделать на данный момент? Пока не так много, чтобы можно было говорить о коммерческом внедрении результатов работы, но реальность этой технологии была без сомнения продемонстрирована. Паркин и его коллеги научились создавать доменные стенки и гонять их по проволоке в любом направлении со скоростью свыше 100 м/с. Для проволоки длиной в несколько микрон это отвечает времени доступа в несколько десятков наносекунд — довольно быстро даже по современным меркам. Более того, авторам удалось создать и продемонстрировать в работе самый настоящий трехбитный сдвиговый регистр ( см. рисунок) — возможно, на его основе через 6-7 лет будет построена полноценная память «на беговой дорожке». 

 

Трехбитный однонаправленный сдвиговый регистр на основе магнитных доменных стенок.A — изображение магнитной нанопроволоки («беговой дорожки»), соединенной с электрическими контактами. B — изменение сопротивления дорожки в зависимости от серии импульсов, используемых для записи и сдвига вдоль регистра последовательности 010111. C — пояснение к сдвиговой операции. Черные и белые прямоугольники представляют доменные стенки. Черные стрелки указывают направление намагниченности в пределах одного домена. Синие и красные стрелки показывают направление движения электрического тока в записывающем контакте.

 

Давайте разберемся, как этот регистр работает. Перед началом записи с помощью достаточно сильного магнитного поля вся дорожка намагничивается в одну сторону (то есть записана последовательность единиц). Затем при помощи импульсного генератора через поперечный контакт пропускается ток длительностью 10 нс. В зависимости от его направления и намагниченности дорожки непосредственно под ним может образоваться или не образоваться новая доменная стенка. Второй такой импульс, длительностью уже 70 нс, протекая вдоль дорожки, смещает стенки на длину одного бита. Цикл «запись—сдвиг» повторяется, и в итоге возникает последовательность логических нолей и единиц.

Перспективы и проблемы

Что обещает создание нового класса памяти? Во-первых, из-за отсутствия движущихся частей (и даже движущихся атомов!) это будет быстрая, долговечная и в перспективе дешевая энергонезависимая память. Во-вторых, если на двумерной подложке создать «лес» вертикальных нанопроволочек и на каждой записать не один, а много битов, то получится память с настоящим трехмерным хранением данных. Именно поэтому автор разработки считает, что эта технология вскоре превзойдет по плотности записи традиционные носители. Сравнить различные типы памяти поможет таблица. Синим и красным цветом выделены наилучшие и наихудшие значения параметров соответственно.

Как видно из таблицы, память «на беговой дорожке» по многим параметрам опережает уже созданные устройства для хранения информации, а также устройства, находящиеся на стадии разработки и внедрения, такие как фазоинверсная память (phase change RAM, PCRAM) и спиновая память с произвольной выборкой (spin MRAM), в которой используется спин-поляризованный ток для записи информации посредством передачи спинового момента.

Если ожидаемая плотность хранения данных будет реализована в готовом продукте, это будет означать, что мобильные телефоны, КПК и универсальные медиапроигрыватели смогут вмещать на борту в сто раз больше памяти, чем это возможно сегодня. Другими словами, портативный mp3-плеер сможет хранить до 500 000 песен.

Конечно, на пути к этому предстоит еще преодолеть немало трудностей. Во-первых, надо научиться синхронно двигать десятки доменных стенок (пока что были эксперименты не более чем с тремя стенками). Во-вторых, надо найти способ уменьшить силу спин-поляризованного тока, движущего стенки (в экспериментах сила тока была такова, что проволочка расплавилась бы в доли секунды, если бы ток шел постоянно). В-третьих, надо попросту научиться выращивать «лес» из вертикальных нанопроволок.

Тем не менее Паркин полагает, что готовая к применению память «на беговой дорожке» появится примерно через 7 лет — потребуется четыре года на производство прототипа и еще три года на его доработку для коммерческого использования.

По материалам www.elementy.ru

Симбиотические бактерии перекрашивают своих хозяев в зеленый цвет

Многие фенотипические признаки насекомых определяются не генами самого насекомого, а генами живущих в нём симбиотических микроорганизмов. Это заставляет рассматривать насекомых (и многих других животных) как симбиотические «сверхорганизмы».

Как выяснилось, у гороховой тли от симбионтов зависит не только способность синтезировать многие необходимые для жизни вещества, приспосабливаться к колебаниям температуры и защищаться от паразитических наездников (что было известно ранее), но и окраска тела. Новооткрытый симбионт тлей, бактерия из рода Rickettsiella, придает зеленую окраску насекомым, которые без этой бактерии были бы красными.

Как и многие другие растительноядные насекомые, гороховая тля Acyrthosiphon pisum буквально нашпигована разнообразными бактериальными симбионтами. Облигатный (обязательный) симбионт тлей, бактерия Buchnera, синтезирует для хозяина питательные вещества, отсутствующие в его пище — растительном соке, а также определяет способность насекомого приспосабливаться к колебаниям температуры. Еще одна бактерия, Hamiltonella, в содружестве с симбиотическим вирусом APSE защищает тлю от наездников. Аналогичные услуги может оказывать тлям и бактерия Serratia.

Новое исследование японских и французских биологов добавило к этому списку еще одну симбиотическую внутриклеточную бактерию, которая до сих пор оставалась незамеченной. Новооткрытый симбионт влияет на окраску насекомых: он заставляет тлей, красных от рождения, зеленеть с возрастом.

В природе встречаются как зеленые, так и красные гороховые тли. Окраска для тлей — не простое украшение, от нее во многом зависит судьба насекомого. Божьи коровки преимущественно охотятся на красных тлей, а наездники чаще нападают на зеленых. Вероятно, совместное влияние этих двух главных врагов тлей приводит к тому, что в популяциях жертв поддерживается полиморфизм (разнообразие) по окраске. Было известно, что окраска определяется генетически, причем красный цвет доминирует над зеленым. Кроме того, недавно выяснилось, что гены, необходимые для синтеза красных пигментов (каротиноидов) тли когда-то позаимствовали у грибов.

Изучая природные популяции тлей, обитающих во Франции, ученые заметили, что из яиц, отложенных некоторыми зелеными особями, вылупляются красные нимфы. По мере роста такие насекомые постепенно зеленеют.

Авторы изучили симбиотическую микробиоту необычных насекомых и обнаружили неизвестную ранее гаммапротеобактерию из рода Ricketsiella. К этому роду относятся патогенные бактерии, вызывающие болезни у некоторых насекомых. Близкие родственники риккетсиеллы — бактерии Legionella и Coxiella, вызывающие опасные болезни у человека.

Авторы решили проверить, не связана ли странная, меняющаяся с возрастом окраска тлей с бактериальными симбионтами. Для начала они аккуратно «вылечили» тлей антибиотиками от гамильтонелл и серраций, не причинив вреда бухнерам и риккетсиеллам. Это не повлияло на окраску насекомых.

Следующий эксперимент состоял в том, что тлям из разных природных популяций, зараженным только бухнерой, впрыскивали гемолимфу «зеленеющих» тлей. После этой процедуры часть потомства тлей оказывалась заражена риккетсиеллой. Незараженные особи сохранили свою природную окраску, тогда как все зараженные красные тли с возрастом позеленели. Если тля была зеленой от рождения, риккетсиелла не влияла на ее окраску. У позеленевших тлей удалось обнаружить положительную корреляцию между интенсивностью зеленой окраски и количеством риккетсиелл в организме. Таким образом, зеленая окраска по крайней мере у некоторых тлей определяется не ее собственными генами, а наличием симбиотической бактерии Rickettsiella.

Более тщательный анализ тлей из европейских популяций показал, что около 8% насекомых заражены риккетсиеллой. Часто встречаются зеленые тли без риккетсиеллы (у этих насекомых зеленый цвет определяется их собственными генами); кроме того, были обнаружены красные тли, зараженные риккетсиеллой, но не зеленеющие с возрастом. По-видимому, окраска зараженных тлей в конечном счете зависит от комбинации генотипов хозяина и симбионта: некоторые генотипы тлей могут «сопротивляться» влиянию бактерии, а некоторые генотипы риккетсиелл не способны заставить насекомое позеленеть.

Окраска тлей определяется двумя группами пигментов: красными каротиноидами (гены для их синтеза тли позаимствовали у грибов) и зелеными полициклическими хинонами. Оказалось, что риккетсиелла не влияет на количество производимых тлей каротиноидов, но заметно увеличивает количество полициклических хинонов. По-видимому, этим объясняется блеклый оттенок насекомых, позеленевших под влиянием риккетсиеллы. Он заметно отличается от ярко-зеленой окраски тлей, не имеющих каротиноидов и потому зеленых от рождения. В первом случае имеет место смешение красных пигментов с зелеными, во втором красные пигменты изначально отсутствуют.

Дальнейшие исследования покажут, какую роль в жизни тлей играют изменения окраски под воздействием бактерий. Не исключено, что риккетсиелла помогает тлям защищаться от божьих коровок, которые, как мы помним, чаще нападают на красных тлей, чем на зеленых. Однако зеленые тли чаще становятся жертвами наездников. Может быть, не случаен тот факт, что среди тлей, зараженных риккетсиеллой, с повышенной частотой встречаются особи, зараженные также гамильтонеллой или серрацией. Обе эти бактерии защищают тлю от наездников.

По материалам www.elementy.ru

Лазерный луч высокой интенсивности может испытывать фазовый переход

Явление фазового перехода обычно отождествляется с изменением ряда свойств или параметров какого-либо вещества — то есть набора атомов, электронов, ядер или других частиц с ненулевой массой. Испанские физики-теоретики обнаружили, что фазовый переход может испытывать и набор фотонов (частиц с нулевой массой покоя), образующих высокоинтенсивный лазерный луч.

Они показали, что движущийся в в какой-либо среде (например, в воздухе) лазерный луч способен кардинальным образом менять свою внутреннюю структуру при увеличении интенсивности лазера, его порождающего.

Сразу оговоримся, что далеко не каждый луч, испускаемый лазером, может переходить из одной фазы в другую. Для этого мощность устройства, генерирующего световой импульс, должна быть очень высокой — она должна превосходить некое пороговое значение, определяющееся характеристиками среды и длиной волны света. Например, для излучения с длиной волны 800 нм, распространяющегося в воздухе, этот порог — приблизительно 3 ГВт (1 гигаватт = 109 Вт). При таких условиях луч имеет настолько высокую интенсивность, что практически перестает быть подверженным дифракции и может оставаться сфокусированным и не расходящимся на протяжении нескольких десятков, а то и сотен метров.

Бездифракционное поведение лазерного луча объясняется эффектом Керра — изменением показателя преломления среды, через которую распространяется свет. Установлено, что разность между показателем преломления среды до движения через нее видимого излучения и после равна произведению его интенсивности на некоторый коэффициент пропорциональности. Для большинства веществ коэффициент пропорциональности больше нуля. Это означает, что распространение света вызывает увеличение показателя преломления среды. Но чтобы возникающую разность можно было детектировать, интенсивность света обязана быть очень большой.

Приведем наглядный пример. Для воздуха коэффициент пропорциональности равен 3 • 10–19 см2/Вт. Интенсивность солнечного света, согласно данным Всемирной метеорологической организации, равна 120 Вт/м2. Следовательно, свет от Солнца вызывает увеличение показателя преломления воздуха на ничтожно малую величину — 3,6 • 10–20%. И тем не менее, несмотря на такую очень и очень маленькую поправку, именно эффект Керра не позволяет лазерному лучу с интенсивностью больше вышеупомянутого порогового значения расходиться.

Каким образом эффект Керра помогает лазерному импульсу? Обычно интенсивность света на оси лазерного луча имеет максимум  и симметрично уменьшается к границам. Предположим, что лазерный луч движется в воздухе. Тогда, согласно эффекту Керра, показатель преломления воздуха в середине луча окажется больше, чем на краях. Из-за этой оптической неоднородности воздушная среда формально ведет себя по отношению к лазерному излучению как собирающая линза: толщина луча уменьшается, а интенсивность света увеличивается. То есть луч как бы сам себя фокусирует — происходит самофокусировка.

На первый взгляд кажется, что луч способен коллапсировать до нулевой толщины. Однако когда интенсивность света достигает некоторого значения, наступает многофотонная ионизация. Фотоны лазерного излучения выбивают электроны из молекул воздуха (молекул азота и кислорода). Освобожденные электроны формируют плазму. По сравнению с воздухом плазма обладает меньшим показателем преломления, поэтому она формально ведет себя как рассеивающая линза и начинает дефокусировать луч, уменьшая его интенсивность. Проскочив область с плазмой, луч продолжает свое движение, и ситуация повторяется.

В итоге, балансируя между процессами самофокусировки и дефокусировки, луч, не расходясь, преодолевает расстояния в десятки и сотни метров.

По материалам www.elementy.ru

Команде разработчиков ПО для IP-камер MACROSCOP присуждена национальная премия в области инноваций

Президент Российской Федерации Дмитрий Медведев вручил национальную премию в области инноваций имени Владимира Зворыкина генеральному директору компании «Сателлит Инновация» Артему Разумкову.

Премия присуждена в номинации «Компьютерные технологии и программы» за разработку первого профессионального российского ПО, изначально предназначенного для IP-камер, MACROSCOP (МАКРОСКОП). Данный программный продукт позволяет «перехватывать» объекты в реальном времени, указав их приметы и осуществлять поиск по приметам в видеоархивах. Также продукт снижает затраты на вычислительное оборудование при построении систем сетевого видеонаблюдения в 4-5 раз.

За несколько часов до вручения Зворыкинской премии стало также известно, что компания «Сателлит Инновация» вошла в число первых 16 резидентов инновационного центра «Сколково». Соответствующее свидетельство Артему Разумкову вручил президент Фонда «Сколково» Виктор Вексельберг.

Награждая первых участников проекта создания Инновационного центра, Виктор Вексельберг заявил: «Ваш успех предопределит успех всего проекта «Сколково». В свою очередь Артем Разумков отметил: «Участие в проекте „Сколково“ позволит развивать МАКРОСКОП значительно быстрее. Прежде всего, это позволит снизить налоговую нагрузку и направить высвободившиеся средства более динамичный захват лидирующих позиций на рынке систем безопасности. Помимо этого, эксперты „Сколково“ помогут лучшим образом защитить интеллектуальную собственность на мировом рынке, а взаимодействие с другими участниками проекта позволит достичь синергетического эффекта и ускорить разработку прорывных технологий, необходимых для развития сетевого видеонаблюдения».

MACROSCOP на Всемирной универсальной выставке «ЭКСПО-2010» в Шанхае.

По материалам www.b2blogger.com

Химики отменят таблицу Менделеева

Американские химики решили пересмотреть периодическую таблицу элементов, созданную Дмитрием Менделеевым.

Учёные предлагают не просто дополнять существующую таблицу, но использовать полностью новую систему. Авторы проекта недовольны тем, что менделеевская классификация не предусматривает различий в атомных весах одних и тех же элементов. Дело в том, что Менделеев практически не учитывал изотопных состояний веществ, в его времена это было не очень важно, так как существовавшие тогда методы измерения этой разницы фактически не улавливали.

Теперь ситуация существенно поменялась. Так, например, стандартный атомный вес бора равен 10,811 (который и учитывался 150 лет назад великим русским ученым), однако на самом деле он варьируется от 10,806 до 10,821 — в зависимости от того, где элемент находится.

Инициаторы «химической революции» предложили для начала уточнить атомные веса десяти элементов: водорода, лития, бора, азота, кислорода, кальция, серы, хлора и таллия. Вес предлагается представлять в виде интервалов. Это, утверждают они, важно как для науки, так и для промышленности. Например, точное измерение излишков стабильных изотопов углерода может быть использовано для определения чистоты таких продуктов, как ваниль или мед.

Пока не совсем понятно, будет ли таблица Менделеева пересмотрена или заменена на новую, более современную. В любом случае атомные веса фтора, алюминия, натрия и золота останутся неизменными, потому что они давно уже известны с точностью до шестого знака после запятой. Стабильных изотопов у этих элементов просто нет.

Пересмотреть периодическую систему химических элементов последний раз предлагали около года назад. Тогда российские ученые хотели расширить таблицу до 150 элементов, об этом сообщал академик РАН Борис Мясоедов. К тому моменту химикам удалось расширить число известных элементов с 92 до 118, последние из них были синтезированы в ускорителях, время их жизни составляет миллионные доли секунд, поэтому их химические свойства можно определять только благодаря периодической системе. Дальнейшее расширение таблицы могло бы происходить за счет новых сверхтяжелых элементов.

 

По материалам www.techno.bigmir.net

Плюсы бесконечности

Российский ученый удостоен престижной математической премии Пифагора. Доктор физико-математических наук Ярослав Сергеев стал лауреатом международной премии Пифагора, которой отмечаются крупные достижения в области математики. Награда вручена в итальянском городе Кротон.

Премия присуждена за... бесконечность! Она всегда интересовала математиков, но не удавалось создать аппарат, который бы позволил оперировать бесконечно большими или бесконечно малыми величинами. Ярослав Сергеев создал новый математический язык, новую арифметику. С ее помощью с бесконечностями можно выполнять обычные операции: складывать и вычитать, делить и умножать. Кроме того, он запатентовал в России, Европейском союзе и США «компьютер бесконечности». Собственно он и дает возможность проводить столь необычные вычисления.

«По сути, это программа, которая формализует бесконечности, позволяя тем самым с ними работать, — рассказал коллега лауреата, профессор Нижегородского университета Вадим Турлапов. — Например, можно десять бесконечностей возвести в квадрат, разделить на бесконечность и получить некое число. Одно из главных достоинств этой работы в том, что программисту теперь не нужно ограничивать себя разрядной сеткой ЭВМ. Или можно создать такой шифр, который раскодировать просто нереально».

Ярославу Сергееву 47 лет. Он профессор Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, работает на факультете вычислительной математики и кибернетики. Кроме того, он почетный профессор Калабрийского университета в Италии, координатор программы «Российско-итальянский университет». Он автор более 180 научных работ, в том числе четырех книг и трех патентов.

Церемония вручения премии не случайно прошла в Кротоне. Именно здесь, на территории греческой колонии, 2,5 тысячи лет назад великий философ и математик создал свою знаменитую Пифагорейскую школу. Размер премии — 15 тысяч евро.

По материалам «Российской газеты».

Анализ крови позволит выявить возраст человека

Ученые разработали метод вычисления возраста человека с помощью анализа его крови. авторы исследования, опубликованного в Current Biology, полагают, что это может быть использовано в криминалистике.

В настоящее время метод позволяет определить возраст с существенной погрешностью в девять лет, что, тем не менее, может оказаться достаточным для сужения круга подозреваемых лиц в каждом конкретном случае. Метод основан на анализе ДНК клеток иммунной системы человека — так называемых Т-клеток, циркулирующих в крови и выполняющих работу по уничтожению чужеродных объектов, проникших в организм. Для выполнения этой функции Т-клеткам необходимо постоянно обновлять и «разрабатывать» новые рецеторы на своей поверхности, чтобы точно определять угрозу организму. Достигается это за счет «отрезания» небольших фрагментов ДНК и «составления» из них новых последовательностей. В результате такого процесса образуются круговые фрагменты ДНК, не несущие никакой функции и являющиеся «отходами» процесса реорганизации этой молекулы.

Авторы исследования, группа ученых во главе с Манфредом Кайзером (Manfred Kayser) из Университета Эразмус в Роттердаме, показали, что возможно определить количество таких круговых структур в ДНК Т-клеток. Более того, ученые продемонстрировали, что с возрастом их количество уменьшается, так как организм производит все меньше и меньше Т-клеток. Анализ крови 200 добровольцев в возрасте от нескольких недель до 80 лет показал, что метод позволяет определить возраст человека с погрешностью в 20 лет. Аналитическая методика подразумевает введение в образец крови специальной последовательности ДНК, обладающей способностью связываться с круговыми фрагментами. Эта последовательность снабжена флуоресцентной меткой, что позволяет выявить количество круговых фрагментов по интенсивности свечения.

«Современные методы анализа ДНК, используемые в криминалистике, позволяют определить потенциальных преступников только при полном совпадении их образцов ДНК с уже имеющимися в базе. Этот метод не может дать результат при отсутствии фрагмента ДНК, с которым необходимо сравнить генетический материал подозреваемых. В нашем случае сравнения не требуется, и определение примерного возраста преступника может значительно сузить круг подозреваемых», — прокомментировал исследование Кайзер.

Авторы методики намерены в будущем повысить ее точность за счет использования особенностей других клеток, содержащихся в крови людей и связанных с возрастом человека. В настоящее время аналитическая методика проходит испытания с участием профессиональных криминалистов.

По материалам «РИА НОВОСТИ».

Поступить в МТИ