2016 год в научных достижениях

Подходит к концу 2016-й год. Он был насыщен событиями в различных сферах науки. Вспоминая уходящий год, представляем вашему вниманию подборку сообщений о некоторых значимых научных открытиях и достижениях.

Гравитационные волны: завершено начатое Эйнштейном исследование

вверх

В феврале международной группой ученых из Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO, США) экспериментально подтверждено существование гравитационных волн, предсказанное Альбертом Эйнштейном почти 100 лет назад.

Детектор LIGO, Ливингстон, штат Луизиана (Caltech/MIT/LIGO Lab)

 

Детектор LIGO, Ливингстон, штат Луизиана (Caltech/MIT/LIGO Lab)

Гравитационные волны – это распространяющиеся в пространстве-времени колебания геометрической структуры (метрики) данного континуума, которые движутся со скоростью света. Главные астрофизические источники гравитационных волн – это сливающиеся двойные нейтронные звезды или черные дыры, т.е. два массивных объекта, которые вращаются по орбите вокруг общего центра масс.

Излучение гравитационных волн очень слабое для обычных двойных систем (например для системы Земля – Солнце оно не играет никакой роли). А когда объекты очень массивные, например две нейтронных звезды с массами 1,5 массы Солнца, и когда они находятся на очень тесной орбите (с периодами несколько часов и менее), эффекты сближения таковых становятся заметными. Источниками также могут быть двойные черные дыры. Они способны сформироваться из очень массивных звезд, когда в результате гравитационного коллапса ядра звезды в конце ее эволюции образуется не нейтронная звезда, а уже черная дыра. Такие двойные черные дыры тоже могут оказаться на тесной орбите, за счет излучения гравитационных волн приближаться друг к другу и в конце концов слиться. Детекторы LIGO открыли именно черные дыры с массой порядка 30 масс Солнца каждая.

Доказать существование гравитационных волн, искажающих пространственно-временной континуум, ученые сумели при помощи двух лазерно-интерферометрических гравитационно-волновых обсерваторий в штатах Луизиана и Вашингтон. Сигнал слияния двух черных дыр был зарегистрирован еще 14 сентября 2015 года. Его форма совпала с предсказанием общей теории относительности для слияния двух черных дыр массами 36 и 29 солнечных.

Это открытие является важным с точки зрения звездной эволюции и открывает совершенно новый канал информации об астрофизических источниках. Если раньше их изучали с помощью электромагнитного излучения или нейтрино, то теперь еще подключаются гравитационные волны, которые нигде не поглощаются, ни с чем не взаимодействуют. Они свободно распространяются и несут информацию о сверхсильных гравитационных полях. «Перед нами открылось новое окно во Вселенную, – было отмечено в бернской газете Bund. – Мы стали свидетелями сенсации, достойной Нобелевской премии. Теперь исследователи смогут более плотно заняться изучением черных дыр и приблизиться к разгадке тайны зарождения Вселенной».

По материалам: https://postnauka.ru http://inosmi.ru

Новый гормон может изменить лечение сахарного диабета

вверх

Исследование, организованное с целью поиска способа помощи лицам, страдающим неонатальным прогероидным синдромом (НПС), обернулось открытием, которое может изменить жизнь миллионов пациентов с сахарным диабетом 2-го типа. НПС – это редчайшее генетическое заболевание, которое проявляется потерей жира на лице и теле, дегенерацией тканей и преждевременным старением.

Руководитель исследования Atul Chopra, медицинский генетик из Baylor College of Medicine, впервые диагностировал НПС в 2013 г. у двух больных. На то время полное секвенирование генома только начинало внедряться в клиническую практику для идентификации причин загадочных медицинских состояний. Впоследствии, когда позволило развитие технологий, A. Chopra пригласил обоих пациентов на обследование в Texas Children’s Hospital. Используя метод полного секвенирования экзома, исследователи обнаружили мутацию гена, ответственного за развитие НПС.

Было установлено, что вследствие этой мутации в организме больных создаются препятствия для образования ранее неизвестного гормона. Этот вновь открытый гормон, получивший название аспросин, генерируется, по-видимому, жировыми клетками. Он поступает в печень, где участвует в регуляции высвобождения глюкозы в кровоток. У пациентов с НПС, имеющих аномально низкий уровень аспросина, выполнение этой функции невозможно. Как следствие, концентрация глюкозы и инсулина в крови остается низкой.

С другой стороны, у больных с ожирением/сахарным диабетом уровень аспросина в крови выше нормы. С учетом этой информации, исследователи решили применить метод иммунологической секвестрации: нейтрализовать аспросин выработанными против него антителами. Таким образом, можно потенциально уменьшить количество глюкозы, высвобождаемой печенью, что обусловливает меньшую выработку инсулина клетками поджелудочной железы. Этот метод может стать эффективным способом лечения сахарного диабета. Для проверки данной гипотезы ученые провели лечение экспериментальных мышей с сахарным диабетом и обнаружили, что даже однократная доза антител способствует снижению уровня инсулина до нормы. При этом в результате более длительного лечения полностью ликвидирована инсулинорезистентность. Как отметил А. Chopra, если пациенты с сахарным диабетом будут реагировать на действие антител к аспросину таким же образом, это открытие может привести к разработке новой терапии сахарного диабета.

По материалам: https://www.bcm.edu

Найдены доказательства ледникового периода на Марсе

вверх

С помощью разведывательного спутника Марса (Mars Reconnaissance Orbiter) NASA исследователями получены свидетельства наличия ледникового периода в полярных областях Красной планеты.

 

 

 

Как и Земля, современный Марс подвержен ежегодным вращениям и смене сезонных циклов. Также на Марсе могут наблюдаться более длительные периоды, которые влияют на распределение льда. Это происходит потому, что наклон Красной планеты существенно меняется (на 60 °) за период от сотен тысяч до миллионов лет. Для сравнения, наклон Земли за тот же период изменяется лишь приблизительно на 2 °. Эти значительные изменения на Марсе определяют количество солнечного света, достигающего определенную точку на поверхности, и прочность льда на всех широтах. Ученые из Southwest Research Institute исследовали лед в полярных областях Марса посредством радиолокационного измерения. Результаты опубликованы в журнале Science в мае. Детальное измерение толщины льда на полюсах планеты показало, что 87 000 км³ льда аккумулировались после окончания последнего ледникового периода около 370 000 лет назад. Радиолокационные наблюдения способствуют изучению подробной истории накопления льда и эрозии, связанной с изменением климата.

По материалам: http://www.sci-news.com

Вселенная расширяется быстрее, чем предполагалось ранее

вверх

Сообщение об этом было опубликовано в июне в The Astrophysical Journal. Астрономы NASA, работающие с космическим телескопом Хаббла, обнаружили, что Вселенная расширяется на 5-9 % быстрее, чем считалось ранее. Как отметил главный автор исследования, лауреат Нобелевской премии Adam Riess из Научного института космического телескопа, эта неожиданная находка может быть важным ключом к пониманию всех тех загадочных частей Вселенной, на которые приходится 95 % от всего пространства и которые не излучают свет (так называемая темная энергия, темная материя и темное излучение). Открытие сделано учеными при уточнении текущей скорости расширения Вселенной с беспрецедентной точностью (неопределенность снижена всего до 2,4 %). Для измерения расстояний до далеких галактик исследователи использовали инновационные методы. Эти измерения имеют основополагающее значение для создания более точных расчетов того, как быстро Вселенная расширяется со временем, величины, называемой постоянной Хаббла. Уточненная постоянная Хаббла составила 73,2 км/с/Мпк (один мегапарсек равен 3,26 млн световых лет). Новое значение указывает, что расстояние между космическими объектами удвоится в ближайшие 9,8 млрд лет.

Имеется несколько возможных объяснений избыточной скорости Вселенной. Возможно, темная энергия, которая ускоряет расширение Вселенной, расталкивает галактики с большей (или растущей) силой. Другой вариант заключается в том, что в ранней истории космоса существовали субатомные частицы (темное излучение), которые двигались почти со скоростью света. Дополнительная энергия от темного излучения могла помешать попыткам точно предсказать нынешнюю скорость расширения Вселенной по траектории после Большого Взрыва.

Прирост скорости может также означать, что темная материя обладает странными неожиданными характеристиками. Темная материя – это основа Вселенной, на которой галактики выстраивались в крупномасштабные структуры, наблюдающиеся на сегодняшний день. Таким образом, более быстрая Вселенная может указать на неполноту эйнштейновской теории гравитации.

По материалам: http://hubblesite.org

Озоновая дыра над Антарктидой уменьшилась

вверх

Физики из Массачусетского технологического института, Национального центра исследований атмосферы и Университета Лидса обнаружили новые свидетельства уменьшения размеров озоновой дыры над Антарктидой. Результаты исследования опубликованы в журнале Science в июле. Как отмечают авторы, ежегодный рост дыры теперь начинается на десять дней позже, чем обычно. Ученые анализировали динамику таковой и концентрации озона над Антарктидой с помощью метеорологических зондов. Было определено, что с 2000 по 2015 гг. дыра сократилась примерно на 4,5 млн квадратных километров.

Изменения озоновой дыры над Антарктидой

 

Изменения озоновой дыры над Антарктидой

Озоновый слой – область стратосферы, расположенная на высоте 20-30 км. Он защищает поверхность Земли от ультрафиолетового излучения. Считается, что одним из факторов его истощения являются промышленные вещества – фторированные и хлорированные углеводороды. Для защиты озонового слоя от истощения в 1985 г. был разработан международный Монреальский протокол, согласно которому опасные вещества должны быть сняты с производства.

Первые признаки улучшения ситуации с озоновым слоем были выявлены в 2008 г. Отчет Всемирной метеорологической организации в 2014 г. указал на первые признаки восстановления уровня озона. Тем не менее, по мнению ученых, потребуется много десятилетий для того, чтобы полностью залечить дыру. Вероятно, этого не произойдет вплоть до конца XXI века.

По материалам: https://nplus1.ru

Первый в мире спутник квантовой связи

вверх

В Китае в августе успешно запущен первый в мире квантовый спутник, названный «Мо-Цзы» (Micius) в честь жившего в V веке до н.э. китайского философа и ученого, который, как считается, первым в истории человечества проводил оптические эксперименты.

Спутник QUESS

 

Спутник QUESS

Аппарат массой более 600 кг будет находиться на солнечно-синхронной орбите высотой 500 км, его период обращения вокруг Земли составит 90 мин. Миссия «Квантовые эксперименты в космическом масштабе» (Quantum Experiments at Space Scale, QUESS) рассчитана на два года.

С помощью аппарата ученые смогут протестировать квантовое распределение ключа между спутником и наземными станциями и отработать проведение защищенных сеансов связи между Пекином и Урумчи. Также в ходе миссии будет исследован механизм квантовой запутанности и проведена тестовая квантовая телепортация между наземной станцией в Тибете и спутником.

Функция спутника состоит в том, чтобы протестировать феномен квантовой запутанности. QUESS будет осуществлять передачи между двумя наземными станциями (одной в Китае, другой в Европе), передавая квантовые ключи. Если миссия QUESS окажется успешной, то Китай построит азиатско-европейскую систему, основанную на квантовых ключах, уже к 2020 г., за которой последует глобальная квантовая коммуникационная сеть к 2030 г.

Квантовая телепортация – передача квантового состояния частицы (системы частиц) на расстояние. Для этого используется разнесенная в пространстве пара сцепленных (запутанных) частиц. Согласно квантовой механике, даже при удалении таких частиц друг от друга они сохраняют информацию о состоянии своего партнера. Такие запутанные частицы нарушают принцип локальности, по которому на состояние объекта может оказывать влияние лишь его близкое окружение. В квантовой связи благодаря квантовой запутанности ни одну частицу нельзя описать независимо от другой. Все они находятся в квантовом состоянии, которое схлопывается при наблюдении. Таким образом, данное шифрование позволяет моментально засечь любого шпиона, который одним своим наблюдением схлопывает квантовую функцию и обнаруживает себя. Более того, теоретически любой квантовый ключ шифрования практически невозможно взломать даже с помощью квантового компьютера (который в свою очередь может взломать любую другую систему современного шифрования), хотя он не застрахован от чисто физических воздействий, человеческой ошибки или ошибки сетей.

По материалам: http://texno.info

Антибактериальные свойства молока тасманийских дьяволов

вверх

 

 

 

Исследователи из Университета Сиднея обнаружили, что в молоке тасманийских дьяволов содержатся вещества, которые способны бороться с грибковыми и бактериальными инфекциями, устойчивыми к большинству современных препаратов. Изучая лицевую опухоль тасманийского дьявола – агрессивную форму заразного рака, распространение которой привело к сокращению популяции животных на 80 %, – ученые обнаружили, что эта патология очень редко возникает у молодых особей. Они связали это с присутствием в молоке животных кателицидинов (антимикробные пептиды). Исследователи определили аминокислотную последовательность кателицидина, содержащегося в молоке тасманийского дьявола, и смогли искусственно синтезировать это вещество. Было выяснено, что созданные таким образом пептиды, действительно способны бороться с некоторыми распространенными патогенами, включая штамм метициллинрезистентного золотистого стафилококка. Авторы отметили, что в отношении грибковых инфекций, пептиды были в 3-6 раз эффективнее, чем широко используемые противогрибковые препараты. В будущем ученые планируют проверить, обладают ли эти вещества противоопухолевыми свойствами.

По материалам: http://www.abc.net.au

Изобретена «вторая кожа»

вверх

Американские ученые разработали невидимую эластическую пленку, которая при нанесении на кожу выглядит как кожа молодого человека. С ее помощью можно не только уменьшать видимость морщин и мешков под глазами, но и реально улучшить состояние кожи. Результаты исследования специалистов из Гарвардского медицинской школы и Массачусетского технологического института были опубликованы в журнале Nature Materials в мае. Пленка из полисилоксанового полимера производилась в лаборатории из молекул силикона и кислорода. Несмотря на то что оболочка синтетическая, она имитирует биологическую кожу и представляет собой пропускающий воздухозащитный слой.

 

 

 

С возрастом кожа человека теряет эластичность. Хотя это абсолютно естественный процесс, многие женщины страдают от этого и часто пытаются избавиться от возрастных проявлений, иногда даже прибегая к пластической хирургии.

По словам исследователей изобретенное ними средство способствует увлажнению кожи, удерживая в ней жидкость, и делает ее более эластичной. Препарат был протестирован на нескольких добровольцах: пленку наносили под глаза, на руки и ноги. Участки кожи, на которые наносилась пленка, выглядели более ровными и менее морщинистыми. При этом сама она невидима, ее можно носить весь день, и она никак не реагирует на пот или капли дождя.

Американские ученые надеются, что подобная «вторая кожа» может быть использована в будущем для дозировок определенных видов лекарств или же для защиты натуральной кожи от солнечных лучей. Однако они подчеркивают, что для ее коммерческого производства необходимы дополнительные исследования. Руководитель группы, профессор Роберт Лангер отметил, что разработка полимера для «второй кожи» представляет целый ряд сложностей.

По его словам, у этого материала должны быть определенные оптические свойства, иначе он будет плохо выглядеть, и определенные механические свойства, поскольку он будет неэффективен.

Тем не менее исследователи надеются в ближайшем будущем приступить к тестированию искусственной кожи на пациентах с различными дерматологическими заболеваниями.

По материалам: http://www.bbc.com

Раскрыт генетический секрет молодости?

вверх

Ученым удалось обнаружить один определенный ген, который отвечает за то, что люди выглядят моложе своего возраста. Таковым оказался ген MC1R, который отвечает за выработку меланина, влияющего на пигментацию кожи. Его вариации несут в себе также информацию о рыжем цвете волос. Именно от того, какие вариации будут заложены в этом гене, и зависит, насколько моложе своего возраста будет выглядеть человек. Изучение «кажущегося возраста» было организовано Медицинским центром Университета Erasmus (Роттердам, Голландия) и компанией Unilever. Выводы авторов были опубликованы в журнале Current Biology.

В рамках исследования ученые провели опрос о предполагаемом возрасте 2693 человек, запечатленных на фото без макияжа. Затем они сравнили результаты с настоящим возрастом испытуемых.

На следующем этапе исследователи тщательно изучили ДНК этих людей, чтобы найти ­какие-либо различия или мутации, совпадающие у тех, кто выглядит моложе. Все данные указывали на ген MC1R. У этого гена существует множество различных вариантов, многие из которых отвечают за рыжий цвет волос. Поэтому его и прозвали «рыжим геном».

Ученые предполагают, что некоторые варианты гена приводят к тому, что его носители в среднем выглядят на 2 года моложе, чем люди с другими вариантами MC1R. Старший научный сотрудник компании Unilever, доктор Дэвид Гунн подчеркнул: «Важно то, что мы нашли этот ген, а значит, мы сможем открыть больше. Это очень интересно, ведь настолько известный феномен до сих пор не изучили: почему некоторые люди выглядят моложе?».

В то же время такой эффект MC1R пока необъясним. Исследователи в ходе работы приняли во внимание разные тоны кожи. Они проверили теорию о том, что различные варианты гена могут менять силу воздействия солнца на кожу, однако она не подтвердилась.

Оценивая результаты исследования, профессор Иэн Джексон, работающий в отделе генетики человека британского Совета по исследованиям в области медицины, отметил, что ученые пришли к интересным выводам, однако источник молодости не нашли. «MC1R – это важный ген, влияющий на рыжий цвет волос и бледность кожи. Исследователи считают, что он также помогает выглядеть моложе, при этом с бледностью кожи это не связано», – говорит он. Однако, по мнению И. Джексона, моложе выглядят люди с более бледной пигментацией. Речь может идти о более бледной коже, голубых глазах, светлых или рыжих волосах.

Специалисты планируют продолжать исследования «рыжего гена». Доктор Д. Гунн надеется, что в конечном итоге результаты приведут к созданию продукта, активизирующего этот ген у всех людей и позволяющего им выглядеть моложе.

Как отметил профессор Тим Фрейлинг из Uni­ver­sity of Exeter (Великобритания), это исследование демонстрирует, как генетика влияет на процесс старения помимо развития заболеваний.

По материалам: http://www.bbc.com

Разработана эффективная схема лечения рака груди

вверх

Группой британских ученых был доказан положительный эффект в лечении рака молочной железы двух новых лекарственных средств. Ими было обнаружено, что уже к 11-му дню после начала терапии существенно уменьшаются или даже уничтожаются некоторые виды раковых опухолей. Результаты, о которых было доложено на Европейской конференции по раку груди в Амстердаме, оказались неожиданными для самих исследователей. Они изучали механизм воздействия лекарственных препаратов Lapatinib и Trustumazab (Herceptin) на трансформацию раковых клеток в течение короткого периода времени между установлением диагноза опухоли и операцией по ее удалению. Однако к хирургическому вмешательству у некоторых пациенток исчезли все признаки рака. По словам профессора Джудит Блисс из Института раковых исследований (Лондон), воздействие этих препаратов было удивительным, поскольку речь шла о краткосрочных испытаниях. «Стало ясно, что в некоторых случаях рак исчезал совершенно. Мы не знаем, почему это происходит так быстро», – подчеркнула Д. Блисс.

В испытании с участием 257 пациенток, у которых размеры опухоли составили от 1 до 3 см, обнаружено, что оба препарата выборочно воздействуют на белок HER2, который участвует в формировании раковых клеток. Средство Herceptin воздействует на оболочку раковой клетки, в то время как Lapatinib проникает внутрь клетки и нейтрализует белок HER2. Менее чем за 2 нед курса лечения признаки рака исчезли полностью в 11 % случаев, а еще у 17 % больных размер опухоли сократился до 5 мм. По мнению специалистов, эти результаты могут стать важным этапом в разработке индивидуализированных методов лечения рака.

В настоящее время для пациенток, которые имеют HER2-позитивный рак груди, предусмотрено хирургическое вмешательство, за которым следует химиотерапия и прием препарата Herceptin. Профессор Д. Блисс считает, что в будущем некоторым женщинам не нужно будет подвергаться химиотерапии на фоне применения Herceptin. Однако для подтверждения этого требуются дополнительные исследования, особенно учитывая то, что HER2-позитивный рак груди имеет повышенный риск рецидивов.

Ученые предполагают, что рак молочной железы подразделяется на десять отдельных заболеваний, каждое из которых имеет свои причины, течение и лечение. Подбор специализированных лекарственных препаратов, воздействующих на определенные виды рака, считается будущим онкологии.

По материалам: http://www.bbc.com

Подготовил Алексей Лисица