Названы самые прорывные научные открытия за 2022 год – Москва 24, 23.12.2022
23 декабря 2022, 00:01
Наука
Журнал Science опубликовал список научных прорывов года, обещающих оказать самое заметное влияние на человечество. О некоторых из них – например, запуске космического телескопа “Джеймс Уэбб” и эксперименте по изменению орбиты астероида – мы уже писали. О других расскажет научный обозреватель Николай Гринько.
Создание многолетнего риса
Фото: AP Photo/Heng Sinith
Основные продовольственные культуры – рис, пшеница, кукуруза – это однолетние растения, которые приходится заново сажать каждую весну. Мало того, что это сильно увеличивает объем сельскохозяйственных работ, так еще и приводит к эрозии почвы: чтобы прорасти из семян, растения берут из земли много питательных веществ и микроэлементов.
Селекционеры вывели многолетний рис еще два десятка лет назад, скрестив для этого азиатский вид Oryza sativa с многолетним африканским сортом Oryza longistaminata.
Но тогда он не давал достаточного урожая. Лишь к 2018 году китайские ученые из Юньнаньского университета смогли улучшить ситуацию и запустить четырехлетний эксперимент на реальных фермерских полях.
Выяснилось, что многолетний рис в первый год дает столько же зерна, сколько и однолетний. На второй не снижает урожайности и есть возможность не заниматься посадкой. Это позволяет снизить затраты фермеров вдвое. Урожайность падает лишь на пятый год, только тогда приходится его пересаживать.
Рис – основная сельскохозяйственная культура Азии. Снижение расходов на его выращивание, а также уменьшение эрозии почвы, даст огромный экономический эффект.
Появление креативного искусственного интеллекта
Фото: depositphotos/Jirsak
Нейросети, которые раньше использовались исключительно для решения прикладных и вычислительных задач, в 2022 году начали массово осваивать область креативной деятельности. Пожалуй, самым ярким примером можно назвать алгоритмы, преобразующие текст в изображения.
Нейросети, обученные на множестве снимков из интернета, способны создать новое фотореалистичное изображение. Для этого они ориентируются на текстовое описание, которое задает пользователь.
Тестировщики используют самые необычные сочетания вроде “счастливый еж в солнечных очках проводит химический эксперимент на вершине вулкана”. Искусственный интеллект генерирует соответствующее изображение, выполняя все заложенные условия. В будущем подобные инструменты придут на помощь художникам, дизайнерам и представителям других профессий, связанных с созданием визуальных образов.
Кроме того, нейросети проявляют креативность в науках, вычислениях и программировании. Алгоритмы предсказывают новые химические вещества, находят доказательства сложным теоремам, пишут программный код, обнаруживая решения, которые ученые не замечали десятилетиями.
Находка самой большой бактерии
Фото: Jean-Marie Volland/Lawrence Berkeley National Laboratory
Это событие буквально потрясло биологию.
В мангровых зарослях Карибского моря обнаружена бактерия, размер которой примерно в 5 000 раз больше размеров ее собратьев.
На подгнивших листьях, дрейфующих у побережья Французских Антильских островов, биологи нашли двухсантиметровые нитевидные клетки. При ближайшем рассмотрении выяснилось, что это бактерии, которые позже получили название Thiomargarita magnifica.
ДНК практически всех других известных бактерий свободно плавает в их клетках. Но T. magnifica упаковывает свой огромный геном из 12 миллионов оснований в мембранные мешочки вместе с механизмом для производства белков. И в то время, как большинство бактерий производят молекулы АТФ в клеточной оболочке, T. magnifica имеет для этого целую сеть внутренних мембран. Это позволяет ей производить достаточно “топлива” для такой большой клетки.
Ее прекрасно видно невооруженным взглядом. Она представляет собой нечто среднее между царствами эукариот и прокариот – возможно, отражая переходные формы, которые развились миллиарды лет назад.
Открытие вирусной причины рассеянного склероза
Фото: depositphotos/AndrewLozovyi
Это хроническое аутоиммунное заболевание, при котором по всей центральной нервной системе нормальная нервная ткань начинает заменяться на соединительную. По всему миру рассеянным склерозом страдают 2,8 миллиона человек. Заболевание начинается с легких симптомов, включая нечеткость зрения, усталость и онемение. Но постепенно может лишить человека способности ходить или говорить.
Главным подозреваемым долгое время был вирус Эпштейна-Барра, он же вирус герпеса человека 4-го типа. Он заражает большинство людей в детстве воздушно-капельным путем. Почти у всех больных рассеянным склерозом есть антитела к нему, но они присутствуют и у 95% здоровых взрослых. Поэтому вирус трудно назвать основной причиной.
Исследователи определили возможный механизм появления рассеянного склероза. Находящийся в спячке вирус может проснуться и вызвать повреждение нервов с помощью молекулярной мимикрии.
Это открытие стимулирует разработку лекарств от рассеянного склероза путем воздействия на вирус. Если одна из вакцин, которые сейчас проходят клинические испытания, окажется эффективной и будет введена детям во всем мире, однажды заболевание может быть практически уничтоженным. Как это произошло, например, с полиомиелитом.
Конечно, это далеко не все значимые события из мира науки, произошедшие в уходящем году. Зато, как нам кажется, наиболее яркие и заметные. 2022-й оказался очень щедрым на открытия в самых разных областях, но теперь год подходит к концу и никаких существенных прорывов в нем уже не произойдет.
Хотя…
Гринько Николай
наукаистории
Как учёные делают нашу жизнь ярче, дольше и удобнее: 10 полезных научных открытий и изобретений XXI века
9 сентября 2021 Жизнь
Передовые технологии, о которых пишут в солидных научных журналах, находят применение в повседневной жизни — сразу или спустя десятилетия.
Рассказываем о достижениях науки в XXI веке, которые ещё недавно казались фантастикой.
1. Технологии 3D‑печати
Первые 3D‑принтеры появились ещё в 1980‑х, но только в XXI веке они стали применяться повсеместно. Устройства стали дешевле, а в качестве расходных материалов для них сейчас используют не только пластик, но и металлы, бетон, продукты и даже живые клетки.
Крупнейшее здание, напечатанное на 3D‑принтере, — муниципалитет Дубая (ОАЭ) площадью 641 кв. м. Двухэтажное футуристическое здание высотой 9,5 м создано из материала на основе гипса. А в Амстердаме с помощью 3D‑принтеров возвели 12‑метровый пешеходный мост из нержавеющей стали.
Израильские учёные использовали 3D‑принтер для печати искусственного сердца. Экспериментальный орган размером с вишню состоял из гидрогеля на основе живых клеток, которые образовывали камеры и кровеносные сосуды. А французская компания Poietis создала искусственную кожу с четырёхмерной структурой, которая поможет пациентам после ожогов и серьёзных травм, и разработала технологии печати других тканей человеческого организма.
В повседневной жизни 3D‑печати тоже найдётся место. Например, можно заказать обычный 3D‑принтер для создания пластиковых фигурок и деталей или пойти дальше и купить устройство для печати еды: от пиццы до десертов и декора для изысканных блюд. В глобальной же перспективе 3D‑печать еды должна снизить количество пищевых отходов на планете и сделать даже диетические блюда весьма аппетитными.
2. Дополненная реальность
Её часто путают с виртуальной реальностью, но это совершенно разные технологии. Виртуальная реальность — полностью цифровой мир, который вы можете видеть через специальные очки или шлем с экранами для каждого глаза. С помощью технологии дополненной реальности цифровые объекты добавляются в картину привычного нам реального мира.
Корни дополненной реальности лежат в XX веке, но только несколько лет назад вычислительные мощности позволили внедрять технологию практически везде — от школ и детских садов до сборочных линий на автомобильных заводах. И для этого не нужно сложных дорогих устройств — достаточно обычного смартфона.
Работает это достаточно просто. Камера смартфона или другого гаджета снимает всё вокруг, а гироскоп или акселерометр следят за изменением положения устройства в пространстве. Потом на изображение с камеры накладываются нужные объекты — подсказки, надписи или забавные виртуальные персонажи. Они двигаются вместе с изображением с камеры, а когда вы смотрите на экран, то видите сразу две реальности — нашу объективную и цифровую.
С дополненной реальностью проще учить новые языки: например, смартфон может распознавать объекты вокруг и подписывать их. Хирургам технология помогает проводить операции, а инженерам — собирать сложные устройства, давая подсказки в процессе. Водители могут пользоваться навигацией в дополненной реальности, когда карта маршрута выводится поверх дороги, дизайнеры — показывать клиентам новый интерьер в квартире перед ремонтом. А в ресторане посетитель может ещё до подачи блюда рассмотреть его со всех сторон прямо в своей тарелке, которая пока физически пуста.
3. Полностью искусственное сердце
Изображение: CARMATРабочие прототипы человеческих органов существовали давно, но чаще всего это были сложные стационарные системы, с которыми вряд ли получится выйти за пределы больницы. В 2021 году учёные и врачи смогли впервые разработать и имплантировать полностью искусственное сердце.
Бригада хирургов в госпитале Университета Дьюка под руководством Джейкоба Шредера и Кармело Милано провела успешную замену органа 39‑летнему Мэтью Муру, страдавшему сердечной недостаточностью. С имплантатом он сможет вести практически привычную жизнь — жить в окружении родных, воспитывать двухлетнего сына, ходить в магазин и на работу, путешествовать.
Единственное неудобство — искусственное сердце питается от внешнего аккумулятора, которого хватает примерно на 4 часа. Контроллер для управления устройством также вынесен за пределы человеческого тела. Поэтому пациенту придётся носить с собой сумку весом около 4 килограммов и регулярно подключаться к компьютеру в госпитале для контроля состояния устройства.
4. Многоразовые ракеты
Компания SpaceX разработала ракеты, которые можно восстановить и использовать повторно. Эта эффективная и дешёвая альтернатива одноразовым ракетам способна снизить стоимость доставки грузов на орбиту.
Первый повторный запуск ракеты состоялся 30 марта 2017 года. SpaceX отправила в космос Falcon 9 — модель с девятью жидкостными двигателями Merlin, которые работают на керосине марки RP‑1 и жидком кислороде. Позднее запустили Falcon Heavy с тремя модифицированными первыми ступенями Falcon 9: одну использовали в качестве центрального блока, две — в роли боковых ускорителей.
Многоразовой можно назвать не всю ракету, а только её первую из двух ступеней. На ней установлены системы для возврата и вертикального приземления на посадочную площадку или плавающую в океане платформу. Ступень выдерживает до десяти стартов.
Позднее компания Blue Origin, основанная главой Amazon Джеффом Безосом, запустила свою многоразовую одноступенчатую ракету New Shepard.
Она работает на водороде и кислороде и предназначена для суборбитальных полётов. New Shepard подходит для космического туризма, но, в отличие от Falcon, не сможет вывести на орбиту искусственные спутники Земли.
5. Батареи высокой плотности
Новым автономным устройствам нужно много энергии, чтобы они как можно дольше обходились без розетки. Вместе с тем батареи должны быть компактными и безопасными — например, не взрываться при сильном нагреве или механических повреждениях.
Команда Центра технологий аккумуляторов и накопления энергии (BEST) в Пенсильвании создала безопасный и мощный литий‑ионный аккумулятор, который позволит электромобилю пройти до 1,6 миллиона километров. Во время тестов в него в буквальном смысле забивали гвозди, чтобы вызвать короткое замыкание. Но температура повреждённой ячейки повысилась всего на 100 градусов Цельсия — а в обычной батарее разница составила бы 1 000 градусов Цельсия.
Прорыв совершили и исследователи Samsung: они разработали твердотельный литий‑металлический аккумулятор плотностью 900 Вт·ч/л.
Он на 50% компактнее существующих батарей и создан без использования жидкого электролита. Со временем аккумулятор не деградирует — объём заряда, который он может накопить, остаётся прежним.
6. Бионическая рука
Изображение: Johns Hopkins University Applied Physics LaboratoryБионические протезы в XXI веке способны практически полностью заменить естественные конечности. Учёные обеспечили не только возможность двигать ими, как собственными руками, но даже вернули способность чувствовать — импульсы ощущений передаются прямо в мозг.
Исследователи из Университета Джонса Хопкинса в США создали MPL (Modular Prosthetic Limb — модульный протез конечности), который может выполнять почти все движения, на которые способна человеческая рука. В нём установлено более 100 датчиков, а также специальные моторы, которые обеспечивают привычную силу и ловкость.
Протез снабжён тактильными сенсорами и позволяет определять расположение, температуру и текстуру предметов. А нейронный интерфейс обеспечивает интуитивно понятное и естественное управление искусственной рукой — достаточно подумать о действии, чтобы выполнить его.
7. Графен
Существование первого известного истинно двумерного кристалла (с кристаллической решёткой толщиной в один атом) в 2004 году впервые подтвердили экспериментально учёные Андрей Гейм и Константин Новосёлов, и в 2010‑м они получили Нобелевскую премию по физике.
По сути, графен — это плёнка из графита (кристаллизованного углерода) толщиной в один атом. Её долго не могли получить из‑за нестабильности. Гейм и Новосёлов использовали подложку из окисленного кремния, чтобы стабилизировать двумерную плёнку.
Графен очень прочный и при этом крайне гибкий. Он проводит ток, а электроны в нём движутся стремительнее, чем во всех известных материалах. В частности, в 100 раз быстрее, чем в кремнии, из которого производят современные процессоры.
Используя графен, можно создавать сверхтонкие фильтры, сенсорные дисплеи, датчики, высокоэффективные каталитические ячейки, наноканалы для работы с ДНК, компоненты для высокоточной электроники. Графеновые чипы повысят производительность компьютеров и ускорят передачу данных, сделают устройства мощнее и компактнее.
8. Беспилотные автомобили
Достижения искусственного интеллекта, большие вычислительные мощности, высокая скорость беспроводной передачи данных и точные датчики — всё это послужило основой для создания автомобилей, которые могут обходиться без водителя. Они сканируют дорожную обстановку в режиме реального времени, распознают пешеходов и дорожные знаки и могут за доли секунды принять решение в сложной ситуации.
В 2021 году Tesla Model 3 с системой FSD (Full Self‑Driving — полностью автономное управление) самостоятельно проехала из Сан‑Франциско в Лос‑Анджелес и обратно — это около 2 400 км пути. Машина успешно справилась с задачей даже на загруженных городских улицах и сделала две остановки для зарядки аккумулятора.
Но автопилот разрабатывается не только для личных автомобилей. Например, в США стартап Waymo в 2020 году запустил сервис беспилотных такси. Машин немного, но поездки доступны всем желающим.
В России беспилотные такси появятся этой осенью — правда, пока в экспериментальном режиме.
Участники тестирования, которых отберёт компания, смогут прокатиться в машине без водителя в районе Ясенево в Москве.
Ещё одно применение беспилотных авто — грузоперевозки. Платформа NVIDIA Drive уже помогает дальнобойщикам в дороге, а скоро сможет заменить их на стандартных маршрутах. Tesla и другие компании также работают в этом направлении.
9. Редактирование генов
Изображение: 4 PM production / ShutterstockВ 2012 году Дженнифер Дудна из США и Эммануэль Шарпантье из Франции разработали молекулярный инструмент CRISPR‑Cas9, который называют «генетическими ножницами». За этот научный прорыв в 2020 году они получили Нобелевскую премию по химии.
CRISPR‑Cas9 позволяют редактировать гены растений и животных. Это открывает новые возможности для селекции и способно остановить распространение заболеваний — например, если изменить гены комаров, они не смогут переносить малярию и болезнь Лайма.
CRISPR‑Cas9 уже внёс свой вклад в лечение рака. Ведутся исследования, которые в перспективе могут избавить от наследственных болезней и генетических мутаций.
Но считать, что CRISPR‑Cas9 откроет дорогу ГМО, неверно. Во‑первых, генетически модифицированные организмы впервые получили ещё в 1972 году. CRISPR‑Cas9 может лишь повысить точность изменения ДНК и избавить от негативных побочных эффектов.
К слову, карта генома человека — тоже достижение XXI века. Основная часть работ по проекту Human Genome Project завершилась в 2003 году.
10. Человекоподобные роботы
Робот Atlas от Boston Dynamics — любимец интернета: он умеет делать сальто, удержится на ногах после сильных ударов, способен преодолевать препятствия и даже танцевать. Разработчики называют его исследовательской платформой, призванной раздвинуть границы мобильности всего тела, и самым динамичным человекоподобным роботом.
На самом деле у Atlas и других моделей Boston Dynamics — например, робособаки Spot и робота‑грузчика Stretch — есть глубокий практический смысл. Они способны заменить людей в сложных или опасных условиях: искать пострадавших под завалами зданий или в пожарах, исследовать отдалённые районы, доставлять грузы и круглосуточно выполнять скучные рутинные операции.
Есть у человекоподобных роботов и другие применения. Например, разрабатываются модели‑консультанты, компаньоны и официанты, помощники для людей с ограниченными возможностями.
А российский робот Фёдор даже побывал в космосе в 2019 году. Он умеет водить автомобиль и квадроцикл, открывать двери, подниматься по ступеням, проходить лабиринт, стрелять и работать с дрелью.
Научные открытия способны в корне изменить нашу жизнь: подарить долголетие, помочь в освоении космоса, взять на себя повседневные дела и даже построить дом за несколько дней. Узнайте о них больше на обновлённом сайте общества «Знание». В рамках всероссийского просветительского марафона «Новое Знание» здесь опубликуют 18 мини‑лекций о научных прорывах XXI века.
К марафону «Новое Знание» присоединились Юрий Башмет, Константин Хабенский, Эдвард Сноуден, Михаил Мишустин, Евгений Касперский, Татьяна Голикова, Аркадий Волож, Герман Греф, Александр Овечкин и другие популярные спикеры. На сайте появится более 150 часов просветительского контента — это вдохновляющие истории, жаркие дебаты о современных проблемах человечества и увлекательные интервью с известными людьми.
Получить новые знания бесплатно
Какое величайшее научное открытие всех времен? – Carbon Scientific
Приближаясь к Новому году, я подумал, что было бы забавно начать дискуссию о том, «что является величайшим научным открытием всех времен?» вечер с друзьями и семьей?
Ниже я надеюсь предложить несколько претендентов и в конце этой статьи выбрать моих лучших 4, за которых вы можете проголосовать в опросе на LinkedIn и Твиттер . Двигаясь вперед, я очень хочу услышать, какие ваши 4 самых любимых научных открытия всех времен, поэтому не стесняйтесь, пожалуйста, продолжайте и делитесь ими в наших социальных сетях, включая Facebook и Instagram !
Да, и, кстати, я старался быть максимально дотошным с правильными деталями и описаниями теорий, но если я что-то не так, то, пожалуйста, предложите исправление, и я внесу его как можно скорее.
Итак, в произвольном порядке начнем…
Система Коперникум
В 1543 году, находясь на смертном одре, польский астроном Николай Коперник опубликовал свою теорию о том, что Солнце представляет собой неподвижное тело в центре Солнечной системы, вокруг которого вращаются планеты.
До того, как была введена система Коперника, астрономы считали, что Земля находится в центре Вселенной.
Гравитация
Исаак Ньютон, английский математик и физик, считается величайшим ученым всех времен. Среди его многочисленных открытий самым важным, вероятно, является его закон всемирного тяготения. В 1664 году Ньютон понял, что гравитация — это сила, притягивающая объекты друг к другу. Она объяснила, почему предметы падают и почему планеты вращаются вокруг Солнца.
Электричество
Если электричество облегчает нам жизнь, то спасибо Майклу Фарадею. Он сделал два больших открытия, которые изменили нашу жизнь. В 1821 году он обнаружил, что когда провод, по которому течет электрический ток, помещается рядом с одним магнитным полюсом, провод начинает вращаться. Это привело к разработке электродвигателя. Десять лет спустя он стал первым человеком, который произвел электрический ток, перемещая провод через магнитное поле.
Эволюция
Когда Чарльз Дарвин, британский натуралист, в 1859 году выдвинул теорию эволюции, он изменил наше представление о том, как развивалась жизнь на Земле. Дарвин утверждал, что все организмы со временем развиваются или изменяются очень медленно. Эти изменения являются приспособлениями, которые позволяют виду выживать в окружающей среде. Эти приспособления происходят случайно. Если вид не адаптируется, он может вымереть. Он назвал этот процесс естественным отбором.
Луи Пастер
До того, как французский химик Луи Пастер начал эксперименты с бактериями в 1860-х годах, люди не знали, что вызывает болезнь. Он не только обнаружил, что болезнь вызывается микроорганизмами, но также понял, что бактерии можно убить нагреванием и дезинфицирующим средством. Эта идея заставила врачей мыть руки и стерилизовать инструменты, что спасло миллионы жизней.
Теория относительности
Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна, которую он опубликовал в 1905 году, объясняет отношения между скоростью, временем и расстоянием. Сложная теория утверждает, что скорость света всегда остается неизменной независимо от того, насколько быстро кто-то или что-то движется к нему или от него. Эта теория стала основой для большей части современной науки.
Теория большого взрыва
Никто точно не знает, как возникла Вселенная, но многие ученые считают, что это произошло около 13,7 миллиардов лет назад в результате мощного взрыва, называемого Большим взрывом. В 1927 октября Жорж Лематр предложил теорию Вселенной Большого Взрыва. Теория гласит, что вся материя во Вселенной изначально была сжата в крошечную точку. За долю секунды точка расширилась, и вся материя мгновенно заполнила то, что сейчас является нашей Вселенной. Это событие положило начало времени.
Пенициллин
Антибиотики — это сильнодействующие лекарства, которые убивают в нашем организме опасные бактерии, вызывающие у нас болезни. В 1928 августа Александр Флеминг, который фигурирует в нашем блоге
ДНК
28 февраля 1953 года Джеймс Уотсон из США и Фрэнсис Крик из Англии сделали одно из величайших научных открытий в истории. Двое ученых обнаружили структуру двойной спирали ДНК. Он состоит из двух нитей, которые переплетаются друг с другом и имеют почти бесконечное разнообразие химических паттернов, которые создают инструкции для человеческого тела. Наши гены состоят из ДНК и определяют, каковы наши вещи, например, какой у нас цвет волос и глаз.
Периодическая таблица
Периодическая таблица основана на Периодическом законе 1869 года, предложенном русским химиком Дмитрием Менделеевым. Он заметил, что при упорядочении по атомному весу химические элементы выстраиваются в группы со сходными свойствами. Он смог использовать это, чтобы предсказать существование неоткрытых элементов и отметить ошибки в атомных весах. В 1913 Генри Мозли из Англии подтвердил, что таблицу можно сделать более точной, расположив элементы по атомному номеру, который представляет собой число протонов в атоме элемента.
Квантовая теория
Датский физик Нильс Бор считается одной из важнейших фигур в современной физике. Он получил Нобелевскую премию по физике 1922 года за исследования структуры атома и за работу по развитию квантовой теории.
Хотя он помог разработать атомную бомбу, он часто выступал за использование атомной энергии в мирных целях.
ВИЧ/СПИД
В 1983 и 1984 годах Люк Монтанье из Франции и Роберт Галло из США открыли вирус ВИЧ и установили, что он является причиной СПИДа. С тех пор ученые разработали тесты, чтобы определить, есть ли у человека ВИЧ. Людей с положительным тестом призывают принять меры предосторожности, чтобы предотвратить распространение болезни. Доступны лекарства, чтобы держать ВИЧ и СПИД под контролем.
Искусственный интеллект
Мы часто смотрим на искусственный интеллект с точки зрения человека, например, на роботов, которые начинают думать сами за себя (и, возможно, захватят мир), но для меня искусственный интеллект является одним из величайших научных открытий всех времен, потому что он позволяет машинам учиться и обрабатывать больше информации, чем мы когда-либо могли бы, как люди. Со всеми большими данными, генерируемыми проектами геномики и электронными медицинскими записями со всего мира, компьютеры с искусственным интеллектом могут научиться выявлять закономерности во всей этой информации, что приведет к более быстрым открытиям и огромным скачкам вперед в нашем понимании болезней и способов их лечения.
.
Медицинская визуализация
Медицинская визуализация — важный инструмент для клинического анализа, позволяющий врачам видеть то, что скрыто кожей и костями, для точной диагностики и лечения заболеваний. Все эти научные инновации, от рентгеновских лучей и рентгенографии до МРТ и ультразвуковых технологий, помогли сделать современную медицину наименее инвазивной, при этом обеспечивая наилучшие результаты для пациентов. В частности, Вильгельм Рентген, немецкий физик, открыл рентгеновские лучи в 189 г.5. Рентгеновские лучи проходят прямо через некоторые вещества, такие как плоть и дерево, но останавливаются другими, такими как кости и свинец. Это позволяет использовать их для обнаружения сломанных костей или взрывчатых веществ внутри чемоданов, что делает их полезными для врачей и сотрудников службы безопасности. За это открытие Рентген был впервые удостоен Нобелевской премии по физике в 1901 году. Медицинская визуализация действительно демонстрирует, как наука и технология дополняют друг друга, поскольку одна развивает другую.
Антибиотики
Антибиотики произвели революцию в медицине в двадцатом веке и вместе с прививками почти полностью искоренили многие когда-то распространенные заболевания, такие как туберкулез. В то время как использование плесени для лечения инфекций было впервые отмечено древними цивилизациями, такими как египтяне и греки, именно сэр Александр Флеминг открыл первое антибиотическое вещество, пенициллин G. Для миллионов жизней, которые антибиотики унесли и продолжают уносить, сохранить во всем мире, антибиотики должны быть в моей научной первой пятерке.
Интернет
Возможно, величайшее технологическое изобретение нашего времени. Поистине выдающееся достижение в области физики и инженерии, Интернет оказал огромное влияние на всех нас, и, в частности, в области науки он соединил ученых со всего мира и позволил им легче обмениваться информацией и исследованиями, поощрять международное сотрудничество, предоставлять научные ресурсы и документы для больше людей, чем когда-либо.
И еще несколько недавних открытий…
Обнаружение первых гравитационных волн
В 1916 году Альберт Эйнштейн предположил, что когда объекты с достаточной массой ускоряются, они иногда могут создавать волны, которые движутся сквозь ткань пространства и времени, как рябь на поверхности пруда. Хотя позже Эйнштейн сомневался в их существовании, эти пространственно-временные морщины, называемые гравитационными волнами, являются ключевым предсказанием теории относительности, и их поиски занимали исследователей на протяжении десятилетий. Хотя убедительные намеки на волны впервые появились в 1970-х годов никто не обнаруживал их напрямую до 2015 года, когда базирующаяся в США обсерватория LIGO почувствовала афтершок отдаленного столкновения двух черных дыр. Открытие, о котором было объявлено в 2016 году, открыло новый способ «услышать» космос.
В 2017 году LIGO и европейская обсерватория Virgo ощутили еще одну серию толчков, на этот раз вызванных столкновением двух сверхплотных объектов, называемых нейтронными звездами.
Телескопы по всему миру видели связанный с этим взрыв, что сделало это событие первым в истории, наблюдаемым как в световых, так и в гравитационных волнах. Эти важные данные дали ученым беспрецедентный взгляд на то, как работает гравитация и как образуются такие элементы, как золото и серебро.
Встряхнуть генеалогическое древо человечества
Многочисленные достижения в понимании нашей сложной истории происхождения, включая новые даты известных окаменелостей, впечатляюще полные ископаемые черепа и добавление множества новых ветвей. В 2010 году Ли Бергер представил далекого предка по имени Australopithecus sediba. Пять лет спустя он объявил, что в южноафриканской пещерной системе «Колыбель человечества» обнаружены окаменелости нового вида: Homo naledi, гоминида, чья «мозаичная» анатомия напоминает как современных людей, так и гораздо более древних родственников. Последующее исследование также показало, что H. naledi удивительно молод, живя по крайней мере между 236 000 и 335 000 лет назад.
Другие замечательные открытия были сделаны в Азии. В 2010 году группа ученых объявила, что ДНК, извлеченная из древней сибирской кости, не похожа ни на одну из ДНК современного человека, что стало первым свидетельством происхождения потомков, называемых теперь денисовцами. В 2018 году в Китае были обнаружены каменные орудия возрастом 2,1 миллиона лет, что подтверждает, что производители инструментов распространились в Азии на сотни тысяч лет раньше, чем считалось ранее. В 2019 году, исследователи на Филиппинах объявили об окаменелостях Homo luzonensis, нового типа гоминина, похожего на Homo floresiensis.
Открытие тысяч новых экзопланет
Человеческие знания о планетах, вращающихся вокруг далеких звезд, совершили гигантский скачок вперед в 2010-х годах, в немалой степени благодаря космическому телескопу НАСА «Кеплер». С 2009 по 2018 год только Кеплер обнаружил более 2700 подтвержденных экзопланет, что составляет более половины текущего общего количества.
Среди них; первая подтвержденная каменистая экзопланета. Его преемник TESS, запущенный в 2018 году, уже находит гораздо больше экзопланет. Надеюсь, в ближайшие годы мы увидим гораздо больше. В 2017 году исследователи объявили об открытии TRAPPIST-1, звездной системы всего 39 лет.на расстоянии световых лет от нас находятся семь планет размером с Землю; больше всего встречается вокруг любой звезды, кроме Солнца. За год до этого проект Pale Red Dot объявил об открытии Проксимы b, планеты размером с Землю, которая вращается вокруг Проксимы Центавра, ближайшей к Солнцу звезды, находящейся всего в 4,25 световых года от нас.
Технология CRISPR
Огромный прогресс в наших возможностях точного редактирования ДНК был достигнут в последнее время, в значительной степени благодаря идентификации Crispr-Cas9.система. Некоторые бактерии естественным образом используют Crispr-Cas9 в качестве иммунной системы, поскольку он позволяет им хранить фрагменты вирусной ДНК, распознавать любой будущий соответствующий вирус, а затем нарезать ДНК вируса на ленточки.
В 2012 году исследователи предложили использовать Crispr-Cas9 в качестве мощного инструмента генетического редактирования, поскольку он точно разрезает ДНК способами, которые ученые могут легко настроить. В течение нескольких месяцев другие команды подтвердили, что этот метод работает с ДНК человека. С тех пор лаборатории по всему миру стремились найти похожие системы, модифицировать Crispr-Cas9.сделать его еще более точным и поэкспериментировать с его применением в сельском хозяйстве и медицине.
Вспышка лихорадки Эбола
В ответ на вспышку лихорадки Эбола в Западной Африке в 2014–2016 годах представители органов здравоохранения и фармацевтическая компания Merck ускорили разработку rVSV-ZEBOV, экспериментальной вакцины против лихорадки Эбола. После очень успешного полевого испытания в 2015 году европейские официальные лица одобрили вакцину в 2019 году, что стало важной вехой в борьбе со смертельной болезнью. Несколько знаковых исследований также открыли новые возможности для предотвращения распространения ВИЧ.
Исследование, проведенное в 2011 году, показало, что профилактический прием антиретровирусных препаратов значительно снижает распространение ВИЧ среди гетеросексуальных пар, что подтверждается последующими исследованиями, в которых участвовали однополые пары.
Бозон Хиггса
Как материя приобретает массу? В 1960-х и 1970-х годах физики, в том числе Питер Хиггс и Франсуа Энглер, предложили решение в виде нового энергетического поля, которое пронизывает Вселенную и теперь называется полем Хиггса. Это теоретическое поле также пришло с связанной с ним фундаментальной частицей, которую сейчас называют бозоном Хиггса. В июле 2012 года поиски, длившиеся несколько десятилетий, закончились, когда две команды на Большом адронном коллайдере ЦЕРН объявили об обнаружении бозона Хиггса. Это открытие дополнило последнюю недостающую часть Стандартной модели, впечатляюще успешной — хотя и неполной — теории, описывающей три из четырех фундаментальных сил в физике и все известные элементарные частицы.
Новая эра космических полетов
2010-е годы стали ключевым переходным периодом для космических полетов, поскольку доступ к низкой околоземной орбите и за ее пределами стал более глобальным и коммерческим предприятием. В 2011 году Китай запустил на орбиту свою первую космическую лабораторию «Тяньгун-1». В 2014 году индийская марсианская орбитальная миссия прибыла на красную планету, что сделало Индию первой страной, успешно достигшей Марса с первой попытки. В 2019 году израильская некоммерческая организация SpaceIL предприняла первую попытку высадки на Луну, финансируемую из частных источников, а китайская миссия «Чанъэ-4» совершила первую мягкую посадку на обратной стороне Луны. Мировой отряд астронавтов также стал более разнообразным: Тим Пик стал первым профессиональным британским астронавтом, Айдын Аимбетов стал первым постсоветским казахстанским космонавтом, а Объединенные Арабские Эмираты и Дания отправили своих первых астронавтов в космос.
Более того, астронавты НАСА Джессика Меир и Кристина Кох совершили первый выход в открытый космос исключительно женщин. В США после запуска последней миссии шаттлов в 2011 году образовавшуюся пустоту заняли частные компании. Blue Origin, SpaceX и Virgin Galactic уже заявили о своих претензиях на более дешевые запуски на низкую околоземную орбиту. По состоянию на май 2021 года насчитывалось шесть успешных роботизированных марсоходов, первые пять из которых управляются американской Лабораторией реактивного движения НАСА: Sojourner (19 лет).97), «Возможность» (2004 г.), «Дух» (2004 г.), «Любопытство» (2012 г.) и «Настойчивость» (2021 г.). Шестой – Zhurong (2021 г.), управляемый Национальным космическим управлением Китая
Вакцина против COVID-19
Вакцина против COVID-19 представляет собой вакцину, предназначенную для обеспечения приобретенного иммунитета против тяжелого острого респираторного синдрома коронавируса 2 (SARS-CoV-2), вируса, вызывающего коронавирусную болезнь 2019 (COVID-19). До пандемии COVID-19 существовала устоявшаяся совокупность знаний о структуре и функциях коронавирусов, вызывающих такие заболевания, как тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС) и ближневосточный респираторный синдром (БВРС). Эти знания ускорили разработку различных платформ вакцин в начале 2020 года. Первоначально вакцины против SARS-CoV-2 были направлены на профилактику симптоматических, часто тяжелых заболеваний. 10 января 2020 г. данные о генетической последовательности SARS-CoV-2 были переданы через GISAID, и 19В марте мировая фармацевтическая промышленность объявила о своих серьезных обязательствах по борьбе с COVID‑19. Вакцины против COVID-19 в настоящее время широко известны за их роль в снижении тяжести и смертности, вызванных COVID-19. Многие страны внедрили поэтапные планы распределения, в которых приоритет отдается тем, кто подвергается наибольшему риску осложнений, например пожилым людям, и тем, кто подвергается высокому риску заражения и передачи инфекции, например работникам здравоохранения.
По состоянию на 13 декабря 2021 г. 8,47 млрд доз COVID-19вакцины были введены во всем мире на основании официальных отчетов национальных агентств общественного здравоохранения.
Итак, теперь мы находимся в конце нашего невероятно длинного списка, и для меня было важно иметь хорошее сочетание нового и старого и учитывать, насколько старые открытия выдержали испытание временем и если не ускорили дальнейшие исследования, не игнорируя при этом недавние открытия, которые фантастичны сами по себе, но также могут выдержать испытание временем и привести к связанным с ними новым открытиям.
Прежде всего, мои выбранные 4 научных открытия зависят от моих знаний и интересов, поэтому то, что меня интересует и чему я научился за эти годы, несомненно, окажет огромное влияние.
- Электричество
- Интернет
- Периодическая таблица
- Вакцина против Covid-19
Мне грустно упускать работу, проделанную по дальнейшему исследованию космоса, Эболе, бозону Хиггса, экзопланетам, гравитационным волнам, антибиотикам, медицинской визуализации, Теории Большого Взрыва, Системе Коперника, Эволюции и Пастеру, поскольку я думаю, что все они имеют свое место, но когда есть только 5 вариантов, некоторые из них не подходят.
Итак, наконец, теперь я прошу вас рассказать мне о ваших фаворитах из общего списка, скажите мне, что бы вы включили, и проголосуйте за вашего фаворита из 5 выше, чтобы, возможно, мы наконец смогли договориться о величайшем научном открытии всех времен…
То есть до 2022 года, когда вы сами сделаете новые открытия, и тогда нам нужно будет разорвать этот список и начать все сначала.
Поздравляем вас и ваших близких с наступающим Новым годом!
Десять научных открытий 2021 года, которые могут привести к новым изобретениям | Инновация
Рэйчел Лалленсак
Бывший помощник главного редактора отдела науки и инноваций
В науке вдохновение может прийти откуда угодно.
Исследователь может задаться вопросом о тяге, производимой крыльями бабочки, когда они порхают по лугу. Может быть, наблюдение за белками, лазящими по деревьям в кампусе, как паркуристы, пробуждает любопытство к тому, что происходит в их пушистых маленьких мозгах, когда они решают прыгать с ветки на ветку.
Другие, конечно, черпают свою искру из менее вероятных источников: анализируя акульи кишки или изучая ходьбу микроскопических водяных медведей.
Эти и другие сценарии вдохновили ученых на более пристальное изучение мира природы в этом году, но их влияние на этом не остановится. Открытия в природе часто вдохновляют на новые разработки в области фильтрации воды, солнечных батарей, строительных материалов и множества роботов.
Вот десять открытий 2021 года, которые однажды могут привести к новым изобретениям.
Кишки акул функционируют как клапаны Теслы Компьютерная томография спирального кишечника тихоокеанской акулы-собаки ( Squalus suckleyi ). Орган начинается слева и заканчивается справа. Саманта Ли/Калифорнийский государственный университет, Домингес-Хиллз В 1920 году сербско-американский изобретатель Никола Тесла разработал устройство без каких-либо движущихся частей, которое позволяет жидкости двигаться в одном направлении, предотвращая обратный поток.
Эти клапанные каналы, как их называл сам Тесла, состоят из ряда фиксированных петель в форме слезы, которые позволяют жидкости легко проходить через устройство, но замедляют и блокируют любые возвращающиеся жидкости. Он сделал клапаны как часть нового парового двигателя, над которым работал, но через несколько месяцев объявил о банкротстве, оставив патент забытым на десятилетия.
Кишечник служит той же цели: поглощает питательные вещества из пищи и вымывает отходы, которые, конечно, не должны выходить так, как попали.
В животном мире кишечник бывает разных форм и размеров. Большинство существ, включая людей, имеют трубчатый кишечник, который требует сокращения мышц, чтобы протолкнуть пищу. Но кишечник акулы медленно перемещает переваренную пищу по пружинным спиралям или гнездовым воронкам, в зависимости от вида, чтобы израсходовать все до последней калории и избавиться от остальных.
В этом году исследователи обнаружили, что эти спиралевидные органы также напоминают по конструкции и функционированию клапаны Теслы. Изгибы, повороты и воронки облегчают движение жидкости вперед, что может быть энергосберегающей формой пищеварения.
«У акул есть все эти различные небольшие изменения в конструкции клапана Теслы, которые могут сделать их более эффективными», — сказала автор исследования Саманта Ли, зоофизиолог из Калифорнийского государственного университета в Домингес-Хиллз, New Scientist в июле.
Изучение этих природных чудес инженерной мысли может улучшить системы фильтрации сточных вод для удаления микропластика. «Мы планируем провести работу в следующем году, чтобы определить, насколько эффективны различные морфологии при фильтрации частиц разного размера», — сообщает Ли Smithsonian по электронной почте. «В зависимости от результатов мы могли бы «настроить» конструкцию спирального кишечника, чтобы сделать фильтры, максимально эффективные для фильтрации микропластика из ливневых [или] сточных вод».
Белки могут преподать роботам урок ловкости и восстановленияПри перемещении по верхушкам деревьев белки рискуют прыгнуть на дальнее расстояние, если есть крепкая ветка, на которую можно приземлиться. Но даже если их следующая остановка окажется ненадежной, навыки восстановления на уровне экспертов, возможно, развившиеся в результате прошлых ошибок, почти всегда помогают им приземлиться.
Эти два урока от наших пушистых друзей могут быть полезны при разработке того, как гибкие роботы анализируют цель, к которой нужно прыгнуть, и как они компенсируют пропущенные отметки, согласно исследованию, опубликованному в августе.
«Подобно белкам, следующее поколение быстрых, ловких роботов может воспринимать возможности использования определенных аспектов окружающего мира, которые напрямую дополняют их собственные возможности», — говорит автор исследования Натаниэль Хант, инженер-биомеханик из Университета Небраски. по электронной почте. «Датчики и восприятие могут быть спроектированы так, чтобы напрямую идентифицировать только важную информацию, которая поддерживает решения и управление движением, игнорируя при этом огромное количество нерелевантной информации».
Чтобы узнать больше о том, как белки успешно переходят с ветки на ветку, ученые испытали диких белок-лисиц на полосе препятствий в эвкалиптовой роще на территории кампуса Калифорнийского университета в Беркли. Команда проанализировала, как белки меняли свои прыжки в зависимости от гибкости ветки, выбирая время для старта немного раньше, и как они готовились к изменению расстояния и высоты, скручиваясь в воздухе, чтобы найти что-то, от чего можно отскочить, чтобы придать импульс. Пройдя несколько сложных прыжков, они в конце концов с легкостью справились с трюком.
Инженеры, разрабатывающие роботов для «осмотра и обслуживания, работы по дому и даже исследования», могут кое-чему научиться у этих пушистых грызунов, объясняет Хант.
«Поскольку роботы покидают лаборатории и начинают выполнять работу в реальном мире, им каким-то образом приходится сталкиваться со сложностью взаимодействия с различными поверхностями и объектами, различными материалами, твердыми или мягкими, гладкими или шероховатыми, и они должны реагировать соответствующим образом, когда они натыкаются на что-то, теряют сцепление с дорогой или происходят другие неожиданные вещи», — говорит он.
Благодаря поверхностному натяжению пауки, муравьи, улитки и ящерицы могут ходить по воде, но жуки-водоеды проделывают более хитрый подвиг. Эти насекомые переворачиваются вверх ногами и бегают прямо под поверхностью воды, словно цепляясь за нижнюю часть стеклянного стола.
«В тот момент, когда я понял, что жук движется по нижней части поверхности воды, я понял, что нашел что-то действительно странное», — говорит биолог-бихевиорист Джон Гулд, согласно Live Science .
В ходе первого исследования, посвященного подробному анализу этого навыка, исследователи засняли технику перевернутого ползания насекомых. Эти жуки, как известно, улавливают пузырьки воздуха своими волосками на ногах, чтобы насыщать их кислородом, но видеозапись показывает, что такое поведение также может удерживать их на плаву и прижимать к поверхности.
Пузырь, вероятно, дает жуку достаточную поддержку, чтобы оказывать некоторое давление на границу вода-воздух, не прорываясь через нее. Гулд рассказывает, что шаги жука даже поднимают «крошечные холмы» воды вдоль поверхности.0284 Новости науки .
У ученых все еще есть много вопросов о физиологии самого жука, например, как анатомия его лапы влияет на этот навык или водонепроницаемы ли различные части его тела. Изучение талантов жука-падальщика может вдохновить крошечных, перевернутых водных роботов, занимающихся серфингом, говорит Гулд по электронной почте.
Уже существуют некоторые микророботы, способные скользить по воде, и инженеры также создают ботов, которые могут перемещаться между наземной и водной средами. Однако современные модели требуют «нескольких стилей передвижения или запрещают передвижение в одной среде ради другой», — говорит Гулд. Робот-жук может устранить потребность в гибридных моделях, потому что устройство будет ходить по земле так же, как под водой.
«Мы считаем, что это может еще больше расширить возможности роботизированных локомотивов для военных или поисково-спасательных целей», — добавляет он.
Исследуемый жук мог не только двигаться под поверхностью, но и оставаться неподвижным в одном месте. Водный клей или структурный дизайн, вдохновленный жуками, также может быть решением для удержания объектов на поверхности воды для измерения вибрации, измерения температуры или сбора других данных.
«Возможно синтезировать материалы, которые смогут использовать это умение и пассивно оставаться на поверхности воды без затрат энергии», — говорит Гулд. «Устройства, изготовленные из этих материалов, могут оставаться на поверхности воды, оставаясь при этом полностью погруженными в воду и не прокалывая и не разрушая поверхность воды, в отличие от других устройств, для которых требуется плавсредство, которое находится над водой».
Противораковый геккон и его 900 детенышей могут вдохновить на создание новых методов лечения меланомы Лимонные морозные гекконы известны своим солнечным оттенком кожи и предрасположенностью к раковым опухолям.
Л. Гуо и др./PLOS Genetics 2021/Стив СайксНа аукционе в 2015 году заводчик рептилий Стив Сайкс купил редкую пару гекконов «лимонного мороза» за 10 000 долларов. Но когда он начал разводить самца геккона, мистера Фрости, он заметил, что у многих потомков на коже росли маленькие белые опухоли. Почти у 80 процентов гекконов лимонного мороза — типа генетической морфы, выведенной из-за их солнечной окраски — разовьется этот рак кожи, который возникает из клеток, вырабатывающих пигмент, называемых иридофорами.
Генетик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Лонгхуа Го случайно обратился к Сайксу с просьбой изучить морфы гекконов и решил разобраться в генетической тайне гекконов лимонного мороза. Гуо и его команда обнаружили ген под названием SPINT1, который связан с раком кожи у людей, а также отвечает как за золотистое свечение гекконов, так и за их опухоли. Дальнейшее изучение SPINT1 может помочь ученым лучше понять, как развиваются определенные виды рака у людей, и, возможно, привести к новым способам лечения этого заболевания.
Го хотел бы «попробовать культивировать раковые иридофоры, чтобы разработать новую клеточную линию для исследования путей развития опухоли, а также потенциальных методов лечения», согласно The Scientist .
Говоря с Scientific American в июне, Лара Урбан, исследователь генома из Университета Отаго в Новой Зеландии, которая не участвовала в исследовании, говорит, что изучение экспрессии гена у гекконов, у которых никогда не развивается рак, может быть одним из путей для будущего изучения.
«Я действительно думаю, что это повлияет на исследования рака, поскольку теперь мы немного лучше понимаем консервативность этого [генетического пути SPINT1], — говорит Урбан. «Это также будет потенциальный новый модельный организм для изучения развития рака кожи и внесения вклада в фактическую терапевтическую разработку».
Ученые впервые наблюдают, как крылья бабочки отрастают чешуей Эти изображения показывают свет, отражающийся от чешуи крыла.
На правом изображении рифленые канавки показаны более подробно.
А. Дугал и др. др./PNAS через Массачусетский технологический институтСогласно исследованию, опубликованному в этом месяце в журнале PNAS, впервые в истории исследователи из Массачусетского технологического института заглянули в куколку, когда формировались разноцветные чешуйки на крыле бабочки, и сделали непрерывные изображения этого процесса. Изучение этого процесса может однажды вдохновить на создание многофункциональных материалов ярких цветов, которые также обеспечивают контроль температуры и водонепроницаемость, говорит автор исследования Матиас Колле, инженер-механик из Массачусетского технологического института.
«Мы считаем, что способность видеть и понимать процессы и рычаги управления, лежащие в основе способности бабочек адаптировать структуру материала и характеристики, поможет нам устойчиво преобразовать их в стратегии для формирования следующего поколения передовых функциональных материалов, — говорит он Smithsonian по электронной почте.
Сначала команда выращивала расписных гусениц ( Vanessa cardui ), пока они не вступили в метаморфоз и не развили куколку. Затем они осторожно удалили часть внешней оболочки и наложили на отверстие прозрачное покровное стекло с помощью биоклея. Имея окно в трансформацию, команда использовала спекл-корреляционную фазовую микроскопию отражения, чтобы поближе рассмотреть. Вместо использования широкого луча света, который может быть фототоксичен для хрупкого крыла, спекл-корреляционная отражательная микроскопия выделяет небольшие точки света в определенных местах, создавая поле освещения, подобное светлячкам на лугу в сумерках.
В течение нескольких дней клетки выстроились в ряды чешуек в чередующемся порядке над и под крылом, как черепица на крыше. Затем на каждой чешуе образовались бороздки нанометровой высоты. Исследователи подозревают, что эти гребни помогают бабочкам сбрасывать воду, как микроскопические водосточные желоба, а также накапливать тепло, чтобы оставаться сухими.
«Мы думаем, что эта работа может привести к новым изобретениям, потому что чешуя бабочки — отличный биологический пример материального решения с множеством желанных функций, реализуемых одной и той же структурой», — говорит Колле. «Эти функции включают контроль внешнего вида и цвета, терморегуляцию, характеристики смачивания и динамику полета».
Поскольку каждая чешуя состоит из хитина, «второго наиболее распространенного биополимера на Земле после целлюлозы», — говорит Колле, — новый материал, вдохновленный крыльями бабочки, также может быть биоразлагаемым и легко заменяемым или обновляющимся. Он предполагает, возможно, распыляемую версию чешуи, которую можно было бы использовать на зданиях, транспортных средствах или одежде, чтобы обеспечить гидроизоляцию и добавить немного цвета.
«В любом случае, представьте, как это было бы круто, если бы у нас был барабан, в котором мы выращиваем клетки, образующие чешуйки, а затем распыляем их на поверхность и даем триггер, который заставляет клетки растить чешуйки желаемого цвета, текстуры и смачиваемости», — говорит Колле.
Толстохвостые карликовые лемуры — наши ближайшие родственники приматы, которые впадают в спячку в дикой природе. Впервые исследователи смогли воссоздать условия, необходимые для того, чтобы уговорить лемуров впасть в спячку, в Центре лемуров Университета Дьюка, что дало им место в первом ряду, чтобы узнать об этом уникальном метаболическом процессе и о том, что он может рассказать нам о людях. Специалист по поведению приматов Марина Бланко и ее команда сообщили о своих выводах в марте в журнале 9.0284 Научные отчеты .
Чтобы настроиться на хороший сон, исследователи сделали импровизированное дупло, чтобы лемуры могли поселиться в своем вольере. Они выставили тварей на 9,5 часов света вместо летних 11 часов, чтобы имитировать укороченный зимний световой день.
Они также снизили температуру корпуса до 50 градусов по Фаренгейту.
В течение четырех месяцев у сонных лемуров был притуплен метаболизм, более низкая температура тела и гораздо более легкий аппетит. Их пульс замедлился до восьми ударов в минуту. Когда они снова взошли весной, они тут же пришли в норму.
«Важно отметить, что снижение метаболизма у гибернаторов контролируется, а это означает, что они могут переносить эти крайности без вредных последствий», — говорит Бланко по электронной почте. Несмотря на то, что они месяцами не двигаются и не едят, эти животные сохраняют мышечную массу и функции органов.
Изучение того, как другой примат впадает в спячку, может улучшить наши нынешние методы замедления процессов в организме во время операций по спасению жизни или, возможно, даже во время длительных космических путешествий, поясняется в пресс-релизе Duke.
«Успешный космический полет [к дальним пунктам назначения] потребует месяцев или лет бездействия в пути», — объясняет Бланко.
«Ближе всего к необходимой анабиозу было бы вызвать состояния, подобные гибернации, у астронавтов».
Форма бабочки отличается от любого другого летающего животного, что делает анализ их полета еще более захватывающим и вдохновляющим для ученых. Исследование, опубликованное в январе 2021 года, показало, что бабочки используют эффективный метод хлопков и хлопков для создания тяги.
Сначала пара биологов из Лундского университета, Кристоффер Йоханссон и Пер Хеннингссон, провели аэродинамический анализ свободно летающих бабочек. Из этих наблюдений они обнаружили, что ширококрылые насекомые хлопают крыльями при взмахах вверх, но крылья не сжимаются вместе, как пара рук во время аплодисментов. Вместо этого крылья бабочки изгибаются, что, как подозревают исследователи, может сковывать воздух между ними, чтобы усилить их движение вниз.
Чтобы проверить свои подозрения, ученые сравнили машущие способности двух роботов-хлопушек: одного с жесткими крыльями и одного с гибкими крыльями. Они обнаружили, что гибкость увеличивает эффективность крыла на 28 процентов и увеличивает силу закрылков на 22 процента.
В природе взмах крыльев бабочки, вероятно, дает им дополнительный толчок, необходимый им для спасения от хищников. Вернувшись в лабораторию, пара надеется, что их наблюдения вдохновят на создание новых летающих и плавающих роботов.
«Уже сегодня есть хлопающие дроны, которые хлопают крыльями вместе, такие как DelFly, но они не используют хлопок для движения, а вместо этого в основном создают силу от взмахов», — говорит Йоханссон по электронной почте.
Создание гибких машущих роботов может стать низкоэнергетическим способом увеличения тяги. Точно так же добавление гибкости может быть благом для подводной робототехники в стесненных условиях — возможно, для подводной археологии.
«Дрон, предназначенный для медленного и точного маневрирования с помощью гребных ласт, может повысить производительность, хлопая ластами по корпусу», — говорит он.
«Гибкие плавники могли бы затем создать чашеобразную форму плавника, подобную той, что мы видели в крыльях бабочки, улучшая направленность создаваемой струи и эффективность создания тяги».
Насколько вдохновляют тихоходки? Давайте посчитаем пути.
Во-первых, они похожи на крошечных, восьминогих, коренастых медведей — отсюда и их прозвище водяные медведи. Эти почти микроскопические водные экстремофилы могут выжить в самых негостеприимных местах на Земле, в том числе при абсолютном нуле температуры, кипящих гидротермальных источниках, космическом вакууме и давлении, в шесть раз более сокрушительном, чем в глубоком океане, согласно National Geographic . .
В то время как другие существа с мягким телом мечутся, ползают и извиваются, как черви, тихоходки — единственные животные с мягким телом, которые могут ходить.
В исследовании, опубликованном в журнале PNAS в августе исследователи часами смотрели кадры, на которых водяные медведи ходят по разным поверхностям, от стекла до геля.
Команда обнаружила, что тихоходки ходят, как насекомые, в 500 000 раз больше их самих. Хотя они перемещаются в среднем только на половину своей и без того крошечной длины тела (0,5 миллиметра) в секунду, они могут перемещаться на две длины тела за одно и то же время на максимальной скорости. Какими бы медленными они ни были, похоже, они регулируют свои шаги в зависимости от местности, по которой они перемещаются.
Поскольку их походка привела их к дальним уголкам Земли, изучение их походки может вдохновить на создание новых форм передвижения для микророботов.
«У них есть несколько простых и очень эффективных способов координации движений своих восьми ног, и они делают это с минимальными умственными способностями, используя некоторые простые правила, которые поразительно похожи на те, которые используются у некоторых гораздо более крупных видов насекомых», — говорит автор исследования.
Дэниел Коэн, инженер-механик из Принстонского университета. «Это отлично подходит для вдохновения, потому что показывает, что крошечным роботам, у которых вычислительная мощность и вес являются ограничениями, не нужно много, чтобы хорошо ходить».
Наноботы, вдохновленные тихоходками, могут быть введены в поврежденную ткань для ее восстановления или в артерию для удаления бляшек — примерно как усохший экипаж подводной лодки в научно-фантастическом фильме 1966 года Фантастическое путешествие .
«И совершенно научно-фантастический подход: водяные медведи показывают нам, на что способны такие размеры, когда вы выглядите так же, как они. Это своего рода «минимальная модель» того, что вы можете делать с ногами», — объясняет Коэн. «Возможно, когда-нибудь мы сможем создать наших собственных многоклеточных «биоботов», созданных из живых клеток и вдохновленных водяными медведями».
Слизевики хранят «воспоминания», даже не имея мозга Тип слизевика Physarum polycephalum перемещается к частицам пищи во время теста на стимуляцию питательными веществами.
Мирна Крамара и Карен АлимХотя иногда они могут напоминать грибы, слизевики представляют собой шарообразные, обитающие в почве амебы, которые бывают разных странных форм и ярких цветов. Несмотря на отсутствие мозга или нервной системы, слизевики могут перемещаться по лабиринту или вспоминать местонахождение пищи.
Подобно липким фракталам, одноклеточные организмы высвобождают трубчатые усики, которые также переносят жидкость и питательные вещества по всему их растянутому сетчатому телу, чтобы исследовать новые среды. В исследовании, опубликованном в феврале в журнале PNAS , исследователи обнаружили, что они записывают важные детали своего окружения, изменяя диаметр этих вытянутых трубок.
Когда ученые изучали солнечно-желтую слизевику под названием Physarum polycephalum под микроскопом они заметили, что трубки становились толще, когда они встречали пищу, и тоньше, когда не находили ее. Вероятно, эти изменения вызываются каким-то химическим сигналом.
«Учитывая высокодинамическую реорганизацию сети P. polycephalum , сохранение этого отпечатка породило идею о том, что сама сетевая архитектура может служить памятью о прошлом», — говорит автор исследования Карен Алим, биофизик из Технического университета. Мюнхен, говорится в сообщении.
Эта сеть имитирует то, как наш мозг хранит память с помощью синаптической пластичности, то есть синапсы становятся сильнее или слабее в зависимости от использования. Точно так же трубки слизевиков, которые находят пищу, растут, а тупики отмирают.
Используя полимеры на основе белка, гели или другие биологические материалы, исследователи могут адаптировать этот тип хранения памяти и химических сигналов в искусственном интеллекте без необходимости в электронике, объясняет Алим, что может быть благом для мягких робототехники, у которых нет таких аппаратное обеспечение. По ее словам, если остальная часть бота будет сделана из биоматериала, систему, основанную на слизевиках, можно будет использовать в ситуациях, когда токсичность вызывает беспокойство, например, для медицинских целей или обработки воды.
«Здесь потоки жидкости — это захватывающий метод как для управления мобильностью, так и для кодирования принятия решений, необходимых для автономного поведения», — объясняет Алим по электронной почте. «Создание роботов из чувствительного материала, который расширяется в ответ на концентрацию сигнальных молекул, будет здесь прямой реализацией механизма памяти, который мы наблюдали в Physarum».
Благодаря мылоподобному белку клетки человека могут защищаться от бактерий Наша иммунная система имеет специализированных клеточных солдат, таких как Т-клетки и В-клетки, готовых бороться с бактериальными вторжениями. Однако неиммунные клетки не совсем беззащитны. Исследование, опубликованное в журнале Science в июле, показало, что некоторые белки буквально обладают детергентной способностью уничтожать бактерии, как жирное пятно.
Дальнейшее изучение этих белков может вдохновить на создание совершенно нового вида антибиотика.
«Это тот случай, когда люди производят свой собственный антибиотик в виде белка, который действует как моющее средство», — говорит в своем заявлении автор исследования Джон МакМикинг, иммунобиолог из Йельского университета. «Мы можем извлечь из этого уроки».
Сначала команда заразила неиммунные клетки Salmonella , палочковидными бактериями, поражающими кишечник. Затем они проверили гены клетки на наличие защитных белков и нашли совпадение: APOL3. Часть этого белка связывается с водой, а часть — с жирами — точно так же, как стиральный порошок. APOL3 с точностью атакует жирные липиды, выстилающие внутреннюю бактериальную мембрану, никогда не принимая клеточную мембрану человека за захватчика.
Поскольку резистентность к антибиотикам резко возрастает, необходим альтернативный вариант. Патогены могут иметь свои собственные белки, которые мешают контратакам APOL3, но исследователи могут разработать новый антибиотик, нацеленный на эти надоедливые белки, чтобы APOL3 мог делать свое дело.