Международные исследователи тоже не отставали: в ядре Земли нашли экстремальный водород, алмаз показал неожиданные свойства для электроники, а живорождение у предков млекопитающих оказалось на 90 млн лет древнее, чем считалось. В дайджесте — 10 самых значимых открытий месяца, о которых мы писали на портале Наука Mail.
1. Смартфоны объединили в суперкомпьютер
Суперкомпьютеры и облачные серверы стоят дорого — университеты и малые предприятия не всегда могут их себе позволить. Доцент Галина Исаева и аспирант Федор Исаев из НИЯУ МИФИ предложили альтернативу: использовать обычные смартфоны для сложных научных расчетов.
Идея не нова — первые эксперименты проводились около 15 лет назад. Но российские ученые решили главную проблему таких систем: неоднородность устройств. В одной сети могут оказаться флагман и бюджетная модель, производительность которых отличается в 10−12 раз. При длительной работе мощные процессоры перегреваются и теряют до 60% производительности.
Созданный алгоритм работает как диспетчер: перед вычислениями оценивает пиковую мощность каждого устройства, а в процессе отслеживает температуру и загрузку. При отключении одного узла его задачи мгновенно перераспределяются.
Разработка открывает путь к созданию дешевых мобильных вычислительных ферм для научных групп, образовательных учреждений и экстренных служб в полевых условиях — там, где нет доступа к интернету и серверам.
2. Физики создали датчики для охоты на аксионы
Ученые из Института физики микроструктур РАН и Нижегородского государственного технического университета создали сенсоры для радиоастрономии, чувствительность которых в два-три раза выше мировых аналогов. На разработку получен патент РФ.
Детекторы — это приемники электромагнитного излучения. Когда излучение попадает на чувствительный элемент, температура электронов повышается, и сигнал меняется. Тонкий слой гафния в конструкции работает как тепловой барьер: замедляет передачу энергии и снижает паразитные токи.
С помощью этих устройств можно изучать реликтовое излучение — слабый микроволновый фон, равномерно заполняющий Вселенную. А еще — искать аксионы, гипотетические частицы, которые рассматривают как один из возможных компонентов темной материи. Считается, что под действием сильного магнитного поля аксионы превращаются в фотоны, которые способен зарегистрировать датчик.
Если существование аксионов подтвердится, темная материя потенциально может стать источником практически неисчерпаемой энергии.
3. Разгадана структура редкого минерала с Кольского полуострова
Сейдит-(Ce) обнаружили в Ловозерском массиве на Кольском полуострове еще в конце 1990-х. Но расшифровать его структуру не получалось два десятилетия. Минерал образует очень хрупкие пластинки толщиной около 0,03 мм — даже на синхротронах их трудно исследовать.
В 2003 году ученые предложили первую модель кристаллической структуры сейдита. Ее построили на основе сходства с другим минералом и всего 40 атомных сигналов. Для надежного результата нужны тысячи таких измерений. Тем не менее эта версия оставалась общепринятой целых два десятилетия.
Прорыв случился благодаря новому оборудованию. Ученые из Кольского научного центра РАН и СПбГУ использовали современный дифрактометр Rigaku XtaLAB Synergy-S с микрофокусным источником излучения. В лаборатории собрали более 2900 дифракционных сигналов.
Выяснилось, что структура сейдита слоистая: в ней есть редкие десятичленные кольца из кремнекислородных тетраэдров, а атомы церия, стронция и титана расположены не так, как считали раньше. Это объяснило, почему часть атомов натрия легко вступает в реакции, а часть — нет: одни заперты внутри слоев, другие находятся в свободных пространствах.
4. Новая карта иммунных клеток мозга при Альцгеймере
Ученые из Медицинской школы Икана при больнице Маунт-Синай изучили более 830 000 иммунных клеток мозга из префронтальной коры 1607 доноров с разными стадиями болезни Альцгеймера. Они рассмотрели микроглию — собственные иммунные клетки мозга — и периваскулярные макрофаги, которые регулируют иммунный ответ.
В итоге выделили шесть подклассов и 13 подтипов миелоидных клеток и проследили, как эти популяции меняются с возрастом и по мере развития болезни. Важное открытие — подтип микроглии, который становится многочисленнее при прогрессировании Альцгеймера и работает как защитник: такие клетки активнее поглощают и удаляют из мозга вредные вещества.
Ученые нашли молекулярный механизм этой защиты — в нем участвуют белки TREM2, MITF и GPNMB. Эксперименты показали, что ключевую роль играет сигнализация через TREM2. Это объясняет, почему некоторые генетические варианты, например в генах TREM2 и APOE, повышают риск болезни: они связаны с работой иммунной защиты мозга. Теперь вместо борьбы только с амилоидными бляшками можно укреплять естественные защитные механизмы.
5. Неандертальский ген влияет на рост мышц
У некоторых современных людей есть версия рецептора гормона роста, унаследованная от неандертальцев. Она появилась в результате межвидового скрещивания около 47 000 лет назад. Сегодня такой вариант встречается у 24% жителей некоторых регионов Южной Азии и лишь у 0,5% в Европе.
В рецепторе есть два уникальных для неандертальцев изменения, из-за которых он активнее реагирует на гормон роста. В лаборатории клетки с этим вариантом росли на 40% быстрее, чем клетки с обычным человеческим рецептором.
Эффект проявляется не сразу: у детей до 11 лет связи с ростом не нашли. Вероятно, действие становится заметным в подростковом возрасте, когда уровень гормона роста повышается. У взрослых носителей в среднем на 270 г больше мышечной массы. Также встречаются небольшие особенности строения — чуть более короткая задняя часть нижней челюсти и более короткие корни зубов. Эти черты ближе к неандертальцам, которые отличались крепким телосложением.
Ученые подчеркивают: этот ген сам по себе не определяет внешность и не заменяет тренировок.
6. В ядре Земли нашли экстремальный водород
Ученые из университета Эхимэ (Япония) пришли к выводу, что ядро Земли содержит жидкий суперионный водород в экстремальном физическом состоянии.
Исследователи создали квантовые модели сплавов железа и водорода с разными кристаллическими решетками. Гексагональная структура оказалась доминирующей во внутреннем ядре. Она сохраняет стабильность при давлении в 3,5 млн атмосфер и температурах выше 6000 К (5727 °C) — сопоставимо с поверхностью Солнца.
Ученые выявили радиальный градиент распределения водорода: концентрация падает при пересечении границы между внешним и внутренним ядром. Этот градиент выталкивает водород наружу, где он смешивается с расплавленными породами. Круговорот элементов обеспечивает химическую плавучесть, необходимую для работы геодинамо — возникновения магнитного поля в результате движения расплавленных пород. Этот процесс позволяет железному ядру расти со скоростью 1 мм в год.
Результаты расширяют данные о формировании планеты и помогут предсказывать изменения магнитного поля Земли.
7. Алмаз усиливает диэлектрические свойства на поверхности
Исследователи из Университета электросвязи (Япония) разработали метод создания трехмерных карт диэлектрического отклика материала на атомном уровне. Применив его к алмазу, они обнаружили неожиданный эффект.
В отличие от большинства материалов — например, кремния, из которого делают чипы, — которые теряют диэлектрическую эффективность на поверхности, алмаз ее увеличивает. Это вызвано уникальными электронами на поверхности алмаза: они ведут себя так, как будто находятся в свободном пространстве, и становятся очень чувствительными к электрическим полям.
Открытие дает основу для следующего поколения углеродсодержащих технологий. Например, для «холодных катодов» — высокоэффективных источников электронов, работающих при низких напряжениях. А также для более компактных и быстрых электронных компонентов. Гаджеты на основе таких эффектов будут мощнее и экономичнее: они меньше греются, даже становясь миниатюрнее.
8. Табак стал фабрикой лекарств из ядовитых цветов
Аконит и дельфиниум — ядовитые растения, способные вызывать нейротоксичность и паралич даже в малых дозах. Но они содержат ценные соединения с обезболивающими, противомалярийными, противораковыми и противопаразитарными свойствами.
Проблема в том, что растения вырабатывают нужные вещества в мизерных количествах, а их химическая структура крайне сложна. Ученые из Мичиганского государственного университета и Чешской академии наук изучили множество видов, отследили тысячи генов и установили, как растения создают дитерпеноидные алкалоиды.
Команда выяснила метаболический путь образования атизиния и выделила шесть ферментов. Затем гены внедрили в табак, который стал биофабрикой и начал производить соединение в больших объемах. Это открытие может стать основой для разработки новых лекарств на базе природных компонентов.
9. Стало известно, почему древние рыбы в Забайкалье так хорошо сохранились
Тургинский лагерштетт в Восточном Забайкалье — место захоронения окаменелостей, где они сохраняются в большом количестве и с поразительной детализацией, вплоть до отпечатков мягких тканей. Учёные знают об этом объекте с 1846 года, но только сейчас разобрались, почему находки здесь настолько уникальны.
Новосибирские ученые из НГУ и Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН проанализировали сотни образцов останков рыб раннего мелового периода (около 125 млн лет назад). Оказалось, что в Тургинском палеоозере действовали особые условия. Водоем был неглубоким — не более 15 м — и отличался повышенной щелочностью: pH достигал 8,6. Такая среда мешала мертвым рыбам всплывать и разлагаться: они быстро опускались на дно и долго оставались нетронутыми. Дополнительные факторы — нехватка кислорода у дна и слабое движение воды.
Останки мелких рыб и мальков встречались вместе с ракообразными — ученые связали это с летним периодом. Крупные рыбы залегали изолированно, что говорит об их гибели осенью или зимой, когда температура воды мешала им всплывать.
10. Живорождение оказалось на 90 миллионов лет древнее
В журнале Frontiers in Mammal Science опубликовано исследование, доказывающее, что цинодонт Chiniquodon theotonicus, живший около 236 млн лет назад, скорее всего, производил на свет живых детенышей. Это отодвигает появление живорождения в линии млекопитающих примерно на 90−95 млн лет в прошлое.
Ключ к разгадке — неонатальная линия в кости взрослого экземпляра, найденного в Аргентине. Она возникает из-за резкого скачка роста сразу после рождения. Вес новорожденного C. theotonicus составлял около 1,7 кг — примерно 14% от массы взрослой особи. Для сравнения: у рептилий и птиц детеныши весят от 0,1 до 4,5% от массы родителей, а у плацентарных млекопитающих эта доля доходит почти до 19%.
Цинодонты жили в триасовом периоде, после масштабного вымирания, когда конкуренция и давление хищников были высокими. В таких условиях живорождение давало преимущество: эмбрионы лучше защищены, чем яйца. До этого момента ученые не находили у цинодонтов признаков живорождения. Теперь ясно: некоторые из них были гораздо ближе к современным млекопитающим, чем предполагалось.
Ранее Наука Mail рассказывала о научных открытиях, сделанных в июле.