Образовательный блог МТИ

В Солнечной системе нашли тысячи новых астероидов

Астрономы обнаружили в Солнечной системе около 33 тысяч ранее неизвестных астероидов, а также 20 новых комет. Все эти объекты были найдены инфракрасным телескопом WISE, который сейчас выполняет «теплую» часть своей миссии. Коротко результаты изложены на портале Space.com.

В числе прочих небесных тел было найдено 134 так называемых NEO (Near Earth Objects, то есть околоземных объектов). Этим термином ученые называют кометы и астероиды, которые удаляются от Земли не более чем на 1,3 астрономической единицы (одна астрономическая единица соответствует расстоянию от Земли до Солнца).

Все эти объекты были обнаружены инфракрасным телескопом WISE. Он был запущен в космос 14 декабря 2009 года, и в его задачи входило провести обзор неба в инфракрасном диапазоне. Для того чтобы «видеть» самые холодные (а, значит, очень слабо испускающие в ИК-диапазоне) объекты, детекторы WISE охлаждались жидким водородом. Его запасов хватило на 10 месяцев, и в октябре 2010 года телескоп начал новый этап своей миссии, который получил название NEOWISE. За время основной миссии WISE успел «осмотреть» небо в ИК-диапазоне 1,5 раза и сделать более 1,8 миллиона снимков.

По материалам www.popmech.ru

Новый фильтр снимет проблему пресной воды

Американские ученые из лаборатории Sandia National разработали теоретическое обоснование для создания принципиально новых аппаратов для опреснения морской и очистки грунтовой воды огромной производительности.

Новый метод очистки воды они назвали «биомимезис» или «биомимикрия», то есть придание фильтрующим пластинам свойств мембран клеток живых организмов. Предполагается, что такой фильтр будет в состоянии отсекать вредные вещества, но при этом пропускать заданное количество полезных минералов и микроэлементов, растворенных в жидкости.

Самым эффективным способом очистки воды на данный момент считается метод так называемого обратного осмоса. Его особенность заключается в том, что на выходе из такого фильтра пользователь получает воду, по своему химическому составу близкую к дистиллированной: 99,99 процентов всех примесей, в том числе и полезных, отфильтровывается.

Еще одной негативной стороной таких фильтров является их ограниченная производительность, вследствие чего их использование в промышленных масштабах является нерентабельным. В то же время специалисты Sandia National утверждают, что устройство клеточных мембран живых тканей позволяет им очищать примерно в тысячу раз больше воды, чем самый совершенный обратноосмосический фильтр (разумеется — с поправкой на масштаб).

Ученые рассчитывают , что в случае успеха, их разработка сможет навсегда решить проблему пресного водообеспечения не только в засушливых районах США, но и во многих других уголках мира.

По материалам www.lenta.ru

Блуждающие палочки

Перемещаясь по прямой, в некоторых условиях бактерия кишечной палочки начинает будто плутать, постоянно отклоняясь вбок. Этот интересный момент получил, наконец, весьма остроумное объяснение.

В некотором смысле клетку обыкновенной кишечной палочки (Escherichia coli) можно рассматривать, как небольшую торпеду, которая продвигается вперед под действием винта — загнутого штопором жгутика (надо отметить, что не все штаммы E. coli имеют жгутик, и не у всех он один — но речь идет именно об этих штаммах). Быстро вращаясь, жгутик проталкивает бактерию вперед сквозь водную среду. Если отвлечься от нюансов, движение это почти прямолинейно: жгутик толкает клетку в противоположном оси своего вращения направлении. Но есть одно странное исключение.

Если та же бактерия, которая только что передвигалась в воде вполне прямо, окажется близко ко дну и будет передвигаться, подобно скату, над самой его поверхностью, прямолинейность куда-то исчезает. Будто что-то начинает подталкивать клетку вбок, и она всегда отклоняется вправо (если смотреть сверху). В чем же дело?

Чтобы понять причину происходящего, надо повнимательнее присмотреться к механизму работы самого жгутика. Вращаясь, спиральный жгутик не просто отталкивает воду назад, но и закручивает ее поток, так что он немного расходится в стороны от движущейся бактерии и ее жгутика. На «свободной» воде все происходит равномерно во все стороны, но если достаточно близко находится твердое тело, например, дно, то трение о его поверхность замедляет поток воды, разбегающийся в эту сторону (говоря точнее, поток воды вынужден выполнять условие отсутствия скольжения). Это приводит к нестабильности структуры самого жгутика, он начинает изгибаться в стороны. А поскольку он устроен так, что закручен (и вращается) всегда против часовой стрелки (если смотреть сзади), то и подталкивает клетку всегда вправо.

Такое объяснение забавному феномену было дано несколько лет назад, а уже недавно итальянские ученые во главе с Роберто Ди Леонардо (Roberto Di Leonardo) придумали, как можно наблюдать и обратный эффект. Они поместили клетку E. coli в каплю воды, «подвешенную» на нижней поверхности предметного стекла. Клетка, двигаясь на границе воды и воздуха, поворачивалась всегда в противоположном направлении, влево. Механизм тут почти такой же — только на границе с воздухом потоку воды, наоборот, течь легче, даже легче, чем среди воды.

Заметим, что такие исследования — не пустая забава. Детальное понимание работы двигательных механизмов бактерий позволят нам в будущем создавать аналогичные наноразмерные системы — такие же простые, элегантные и эффективные.

По материалам www.popmech.ru

Саморазогрев: cкрытая сила «юпитеров»

«Горячие юпитеры» нагреваются до огромных для планет температур не только поглощая излучение звезд, но и за счет внутренних сил. Из более чем полутысячи известных нам сегодня далеких планет практически все совершенно непохожи на нашу. Они похожи не на земной голубой и зеленый рай, а на шары огня, они огромны и раскалены, они вращаются близко к своей звезде, относясь к классу горячих юпитеров. Перегрев создает в них ветры, достигающие сверхзвуковой скорости, а температура в тысячи градусов способна расплавить любую скалу. Неудивительно, что такие великаны живут куда короче, чем более спокойные и уравновешенные планеты.

Но даже при таких температурах горячие юпитеры — как показывают наблюдения — оказываются намного крупнее, чем получается из расчетов, оценивающих силу воздействия на них света близкой звезды. Это наталкивает на мысль, что у этих планет имеется еще какой-то источник, подогревающий их. Но откуда бы ему взяться? Ответ предложен недавно — из недр самой планеты.

Теоретическое исследование, проведенное группой профессора Питера Боденхаймера (Peter Bodenheimer), показала, что такой эффект может наблюдаться при следующих условиях. Огромная газовая планета нагревается своей звездой до температуры минимум 1500 К. При этом значении элементы, в небольших количествах имеющиеся в ее составе — например, натрий и калий — ионизируются. В газе образуются ионы и свободные электроны, несущие заряд. А значит, такой газ становится способен проводить электричество.

Такой ионизированный газ движется под действием ветра, но испытывает и заметное влияние со стороны глобального магнитного поля планеты. В конце концов образуются токи, текущие вдоль силовых линий магнитосферы, проникающие даже глубоко в недра планеты. Ну а тепло, неизменно выделяющееся при прохождении тока (за исключением случаев сверхпроводимости, о которой в данном примере трудно говорить) подогревает планету дополнительно, заставляя ее газовые оболочки расширяться и делая в наблюдениях более крупной, чем при теоретических расчетах.

По материалам www.popmech.ru

Угольная кислота теперь обнаружена и в газовой фазе

Согласно нынешним учебникам, угольная кислота не может существовать в газовой фазе — она моментально распадается на диоксид углерода и воду, позволяя обнаружить себя лишь в виде следов.

Команда под руководством Hinrich Grothe Венского университета и Thomas Loerting Университета Инсбрука наконец подтвердила обратное. Как показали австрийские исследователи в публикации Angewandte Chemie, они смогли изолировать угольную кислоту в газовой фазе и получить спектральные данные о ней.

Газированные напитки содержат диоксид углерода, кроме того, они содержат следовые количества молекул, сущестование которых долгое время ставилось под сомнение из-за малой устойчивости: угольной кислоты (H2CO3). Сейчас известно, что угольная кислота присутствет в напитках, хоть и в очень низких концентрациях. До недавнего времени молекула кислоты сопротивлялась всем попыткам изоляции и непосредственному наблюдению. Лишь некоторым исследователям удавалось наблюдать ее в твердой фазе.

Предполагается также, что она должна присутствовать в перистых облаках атмосфы Земли и в космосе.

Австрийские исследователи теперь продемонстрировали, что угольная кислота может существовать и в газовой фазе и что она может быть стабильной при температурах до −30 °C. Для этого они получали кислоту в твердом виде с помощью кислотно-основной реакции при низкой температуре и нагревали ее до −30 °C. Испаряющиеся молекулы улавливались в матрицу благородного газа (аргона) и снова быстро охлаждались. Это приводило к получению «образа» газообразной угольной кислоты, который дальше изучался спектрально методами ИК-спектроскопии.

Спектры показывают, что газообразная кислота существует в трех разных формах: двух мономерных, отличающихся симметрией, и одной димерной, связанной водородными связями. Эти формы существуют в соотношении 1:10:1.

Полученные данные представляют особую важность для астрономии, так как облегчают обнаружение угольной кислоты в космосе, где предполагается ее наличие в хвостах комет и на Марсе. Остальным же — повод снова пересмотреть свои знания по неорганической химии.

По материалам www.inchem.ru

Японцы будут ловить космический мусор в рыболовные сети

Японское космическое агентство JAXA займется чисткой орбиты Земли при помощи гигантских металлических сетей, сообщает Asahi.

В настоящее время агентство заключило контракт с компанией Nitto Seimo, одним из крупнейших производителей рыболовных сетей Японии. Сообщается, что эта компания последние 6 лет работала над технологией плетения металлических сетей. В качестве материала ученые компании использовали посеребренные металлические нити.

Планируется, что сеть с линейными размерами в несколько километров будет выводится на орбиту на борту специального спутника. Там она будет разворачиваться при помощи установленного на аппарате манипулятора. После того, как сеть наберет достаточно мусора, она будет отсоединяться.

Взаимодействие с магнитным полем Земли приведет к тому, что сеть вместе с собранными обломками космических аппаратов со временем войдет в плотные слои атмосферы. Во время падения сеть сгорит вместе с мусором.

В настоящее время проблема космического мусора является актуальной для всех государств, космические аппараты которых работают на орбите. Объединенное стратегическое командование США наблюдает за более чем 19 тысячами фрагментов космического мусора. Расчеты показывают, однако, что в настоящее время на орбите может быть до 600 тысяч объектов размером свыше одного сантиметра.

По материалам www.lenta.ru

Сумчатые лягушки опровергли закон необратимости эволюции

Биологи, изучающие так называемых сумчатых лягушек, обнаружили факты, которые могут опровергать закон необратимости эволюции. Работа исследователей появилась в журнале Evolution, а коротко о ней пишет портал BBC News.

Закон необратимости эволюции был сформулирован в XIX веке бельгийским палеонтологом Луи Долло (по другим данным, авторство закона принадлежит Дарвину). Закон постулирует, что виды не могут вернуться в «предковое» состояние — например, вновь «отрастить» исчезнувший орган.

Авторы новой работы исследовали лягушек вида Gastrotheca guentheri, которых иногда называют сумчатыми — эти земноводные носят свое потомство в специальном кармашке на спине. Еще одной необычной чертой этих лягушек является наличие зубов и на нижней и на верхней челюстях — у всех остальных земноводных зубы есть только в верхней половине рта.

Исследователи проанализировали окаменевшие останки этих лягушек разного возраста, а также изучили соответствующие генетические данные. Авторы пришли к выводу, что G. guentheri утратили зубы на нижней около 230 миллионов лет назад, однако спустя примерно 210 миллионов лет они появились вновь. Теоретически, все необходимые генетические «инструкции» по выращиванию зубов у G. guentheri, обладающих зубами на верхней челюсти, есть.

Если новые данные получат подтверждение, ученым придется пересмотреть свои взгляды на необратимость эволюционных изменений. Новые результаты тем более необычны, что совсем недавно другой коллектив исследователей представил доказательства правомерности закона Долла на молекулярном уровне. Ученые показали, что замена двух аминокислот в последовательности глюкокортикоидного рецептора необратима.

По материалам www.lenta.ru

Турбулентность чистого неба

«Уважаемые пассажиры, наш самолет попал в зону турбулентности. Просим всех оставаться на своих местах, пристегнуть ремни и сохранять спокойствие». Интересно, удавалось ли сохранить спокойствие хотя бы одному человеку из тех, что слышал этот призыв? Но вскоре простое изобретение позволит самолетам избегать внезапной турбулентности, возникающей, как ниоткуда, даже на самом ясном небе.

Одна из самых неприятных проблем современной авиации — «турбулентность чистого неба». Внезапно самолет попадает в зону, в которой его начинает отчаянно трясти, и не всегда пассажиры и экипаж отделываются испугом. Нередко все приводит к тяжелым травмам и даже гибели отдельных людей. Добавьте сюда опасную нагрузку на конструкцию всего самолета, невероятно нервное и тяжелое переживание опасности — и можно понять, отчего «турбулентность чистого неба» считается одной из самых серьезных неприятностей, которые могут случиться в полете.

Разработчики Boeing подали заявку на патент 2011/0013016, в которой описали довольно остроумную, простую и потенциально недорогую систему, которая позволит самолетам избегать подобных зон. Фактически, они образуются в результате разнонаправленного и разноскоростного движения масс воздуха, что может случиться даже и без видимых объектов, капель воды или облачных масс. Как результат, обычные радары, используемые метеорологами, подобные события различить неспособны.

В своем предложении инженеры Boeing выдвинули очень простой метод их обнаружения. Для этого специальная видеокамера ведет непрерывную съемку горизонта, видимого с борта самолета. Компьютер раз за разом последовательно сравнивает снимки, чтобы по «скачку», который совершит линия горизонта, зафиксировать приближение зоны турбулентности. Ведь в ней быстро перемешиваются массы воздуха разной температуры и плотности, а следовательно — и по-разному преломляющие свет (каждому знаком эффект колеблющегося изображения над раскаленным асфальтом).

С помощью особых алгоритмов компьютер сможет примерно оценивать расстояние до опасной зоны и ее размеры, позволяя летчикам заранее среагировать и облететь этот участок. Непонятно, правда, как эта система будет работать ночью или в тех нередких случаях, когда линия горизонта скрыта облаками. Впрочем, как это нередко случается, возможно, просто в Boeing решили раскрывать не все секреты технологии сразу.

По материалам www.popmech.ru

Химия и жизнь: ищем живых во Вселенной

Обнаружить инопланетную жизнь может быть особенно трудно, если в своих фундаментальных основах она окажется непохожей на нашу. Кто знает — она может не зависеть от ДНК или даже не использовать белки. Но какой бы она ни была, жизнь будет неминуемо менять химический баланс окружающей среды, и это выдаст ее с головой.

На нашу родную Землю жизнь оказала просто колоссальное воздействие — достаточно вспомнить, что весь кислород атмосферы и океана, огромные его количества в составе каменистых пород являются продуктом ранней жизнедеятельности. Если где-то еще, хотя бы в пределах Солнечной системы, имеется жизнь, в этом месте, по логике, также должны наблюдаться аномально высокие, нехарактерные для безжизненных тел, количества элементов, ключевых для этой формы жизни.

 

К примеру, на Земле ключевыми можно назвать аминокислоты, молекулы средних размеров. Идентифицировать инопланетные эквиваленты таких соединений, по мнению известного астробиолога Криса МакКея (Chris McKay), это единственный способ обнаружить инопланетную жизнь. Под его началом исследователи ведут поиски следов жизни на самых разных телах Солнечной системы — Энцеладе, Титане — и даже пытаются уберечь ее от потенциальной опасности со стороны земных организмов. Впрочем, вернемся к новому подходу, который предложил МакКей.

Чтобы проверить его идею, ученые из США под руководством Кристофа Адами (Christoph Adami) проанализировали результаты 30-ти исследований аминокислот абиотического («неживого») происхождения, включая их присутствие в метеоритах, синтез в лаборатории и т.п. Эти данные они сравнили с результатами, получаенными в 125-ти анализах аминокислот из земной почвы, воды и океанского дна.

 

Как и стоило ожидать, в абиотических образцах превалировали простейшие аминокислоты глицин и аланин. Зато в биотических было заметно повышенное содержание более сложных представителей этого химического семейства, участвующих в метаболизме. Сходные особенности проявили и карбоновые кислоты, на базе которых происходит синтез аминокислот. Если в абиотических образцах они почти полностью состояли из коротких молекул, с цепочками длиной не более 6-ти атомов углерода, то биологические образцы содержали цепи и в 30 атомов.

Исследователи пошли еще дальше — и в еще более интригующую область. Дело в том, что с 1993 г. Адами с коллегами ведут работу над системой Avida, представляющей оригинальную компьютерную модель эволюции: каждый виртуальный организм-"авидианин" борется за процессорное время. Каждый авидианен способен на действия, согласно набору из 29-ти простейших инструкций — в данном случае их можно сравнить с набором из 20-ти аминокислот в настоящих живых организмах. В начале цикла работы Avida имеется случайный набор инструкций, «содержание» их в системе примерно одинаково. Но после того, как «авидиан» подвергли давлению отбора, определенные инструкции, способствовавшие борьбе за процессорное время, стали встречаться намного чаще. Какие именно — зависело от условий отбора. Таким образом, моделирование показало, что «химические отпечатки» действительно могут проявляться, как результат эволюции и жизнедеятельности.

Крис МакКей делает вывод о том, что появление этих следов — универсальный принцип любой жизни. По крайней мере — жизни химической, как наша. Ведь, в конце концов, никто ведь не сможет однозначно утверждать, что на просторах Вселенной нам не встретятся какие-нибудь размножающиеся плазменные штопоры.

По материалам www.popmech.ru

Как патогенные бактерии прячутся от иммунной системы хозяина

Новые исследования бактерий Staphylococcus aureus — микроорганизмов, которые являются причиной развития тяжёлых, хронических, инфекционных заболеваний, показали то, как указанные выше инфекционные агенты научились избегать влияния иммунной системы и действия различных антибактериальных средств, находясь в клетках инфицированных организмов. Результаты проведённых исследований пролили свет на то, как «фенотипический манёвр» помогает бактериям приспосабливаться к условиям окружающей их среды и накапливаться в организме хозяина.

Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) — это один из наиболее распространённых инфекционных агентов, потенциальными носителями которого может являться большое количество здоровых людей (около 70% населения). Присутствие и развитие данных бактерий в организме способно инициировать развитие таких состояний, как инфекция глубоких тканей, остеомиелит, хроническая инфекция лёгких. Данные состояния с трудом поддаются лечению с помощью антибиотиков. Ключевой их особенностью является то, что после успешного проведения лечебных мероприятий, направленных на борьбу с инфекцией, по истечению некоторого времени (нескольких месяцев, лет) могут происходить рецидивы данных заболеваний.

Доктор Беттина Лёффлер (Bettina Löffler) и группа возглавляемой ею учёных из института медицинской микробиологии, расположенного в Мюнстере (Германия), склонны считать, что указанные выше рецидивы — это результат «фенотипического манёвра» — изменения поведения бактерий определённым образом. После заражения организма бактерии объединяются в мутантные колонии, преодолевая таким образом влияние иммунной системы и различных антибиотиков. В таком состоянии инфекция продолжает медленно размножаться.

«Микробиологам очень сложно отследить появление небольших мутантных колоний бактериальной природы при проведении клинических исследований. Это связано с низкой скоростью роста данных колоний: на образование одной колонии требуется несколько дней. Поэтому часто при диагностике присутствие инфекции в организме остаётся неустановленным.

Проведённые нами исследования дали ответ на два вопроса: является ли развитие мутантных колоний бактерий неотъемлемой частью инфекции организма, и какова динамика формирования данных колоний» — говорит доктор Лёффлер.

В ходе проведения лабораторных исследований было установлено, что бактерии могли находиться в спокойном состоянии в организме хозяина на протяжении нескольких недель с момента инфекции. Это приводило к образованию указанных выше колоний. Таким образом, формирование мутантных колоний происходило после попадания инфекции в организм, после надлежащих действий со стороны иммунной системы. Персистенция инфекционных агентов в организме хозяина приводила к появлению фенотипического разнообразия данных агентов.

«Результаты проведённых исследований говорят о том, что бактерии S. aureus — это крайне изменчивые микроорганизмы, которые постоянно воспринимают условия окружающей среды и могут быстро подстроиться под их изменение. Формирование мутантных колоний— это „фенотипический манёвр“, являющийся неотъемлемой частью инфекционного процесса» — говорит Лёффлер.

Такое поведение бактерий позволяет им избегать активности иммунной системы хозяина и воздействия антибиотиков.

Поступить в МТИ