Научная среда #96. Изотопные сдвиги на марсе и пословица "Чем важнее ген, тем реже он мутирует"

• Археологи установили возраст древнейших останков Homo sapiens.
• Радиус протона измерили по переходу 2S−8D атома водорода.
• Ядро Земли остывает быстрее, чем считалось.
• Физики нашли "фон" гравитационных волн.
• Археологи нашли в Египте высеченную в скале семейную гробницу с 20 мумиями.

Новости одной строкой

• Новое исследование показало, что древние люди разводили гибридных ослов до того, как появились боевые лошади. Останки конеподобного существа из Месопотамии датируются возрастом 4500 лет и являются самым ранним известным примером гибридного животного.
• Проблема плохого самочувствия, если мы засыпаем под шум телевизора, заключается в восприятии чужих голосов во время отдыха - мозг всегда начеку, даже во время сна.
• Исследование: ядро Земли остывает быстрее, чем считалось. Ученые воссоздали условия бриджманита и выяснили, что его теплопроводность в 1,5 раза выше предполагавшейся.
• Заводы Nestle в России переходят на работу от ветряных электростанций.
• Тесты связи 5G проведут на линиях метро в Москве, Санкт-Петербурге и в Казани.

Научная среда

Радиус протона измерили по переходу 2S−8D атома водорода

Американские и российские физики сообщили о точном измерении частоты перехода 2S1/2−8D5/2 атома водорода. С помощью комбинации этого значения с известным значением для частоты перехода 1S1/2−2S1/2 того же атома физики вычислили зарядовый радиус протона, который составил 0,8584(51) фемтометра.

В 2010 году ученые из коллаборации CREMA, занимавшиеся спектроскопией мюонных атомов, сообщили, что измеренный ими радиус протона − сердцевины атома водорода − оказался равен 0,84 фемтометра, что отличается от общепринятого значения в 0,88 фемтометра. С этого момента физики, занимающиеся сверхточными измерениями и расчетами, начали активный поиск причин такого расхождения.

Группа американских физиков при участии Артура Матвеева (Arthur Matveev) из Российского квантового центра сообщила о результатах измерения частоты перехода 2S1/2−8D5/2 атома водорода с относительной неопределенностью 2,6×10−12. Комбинация с хорошо известным значением для частоты перехода 1S1/2−2S1/2 того же атома дала радиус протона, равный 0,8584(51) фемтометра.

В результате эксперимента резонансная частота перехода 2S1/2−8D5/2 (сверхтонкого центроида) оказалась равной 770649561570,9 килогерц. Авторы тщательно исследовали все возможные источники ошибок и дополнительных сдвигов. В частности, самый большой вклад в них давали постоянный и переменный штарковские сдвиги и эффект Доплера, для правильного учета которых ученым пришлось строить теоретические модели. Суммарная неопределенность составила 2 килогерца, что в три раза меньше, чем погрешность предыдущего измерения частоты перехода 2S1/2−8D5/2.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Археологи установили возраст древнейших останков Homo sapiens

Древнейшие окаменелости Homo sapiens в Восточной Африке оказались старше, чем считалось ранее. Небольшие части черепа Homo sapiens и связанные с ним части скелета были найдены в 1967 году в вулканической туфе формации Омо-Кибиш на юго-западе Эфиопии. Новый анализ показывает, что останкам Omo I (их название) 233 000 лет! Это отодвигает первоначальную оценку на 36 000 лет или более.

Данные останки нашли в слоях вулканического туфа. Для этого региона примерно 230 была характерна высокая вулканическая активность. Постоянные извержения и сформировали слои туфов. В 60-е годы ученые выполнили аргон-аргоновый метод датирования, который показал, что останкам около 197 тысяч лет, но геологические данные указывали на то, что вулканические отложения образовались раньше.

Полную версию материала читайте по ссылке.

В марсианском углероде нашли экстремальный отрицательный изотопный сдвиг

Марсоход "Кьюриосити" обнаружил в метане, выделенном из проб осадочных пород кратера Гейл, высокую изменчивость изотопного состава углерода. При этом большинство измерений указывают на резко пониженное содержание углерода-13, особенно по отношению к современной марсианской атмосфере. Авторы исследования предложили три возможных причины возникавших в прошлом крупных отрицательных аномалий изотопной сигнатуры углерода. Это фотолиз биогенного метана, фотохимическое восстановление атмосферной углекислоты и выпадение космической пыли при прохождении Солнечной системы через гигантское молекулярное облако.

Анализ показал, что относительное содержание устойчивых изотопов углерода в марсианском пиролизном метане (это не тот метан, который выделяется в атмосферу естественным образом) меняется в весьма широких пределах: от -137 ± 8 до +22 ± 10 промилле. В десяти образцах ученые обнаружили очень большие отрицательные аномалии со значением δ13C ниже -70 промилле. Углерод в них оказался чрезвычайно обеднен более тяжелым изотопом 13C, в особенности по сравнению с атмосферой Марса, которая отличается высокой положительной аномалией (около +46 промилле). Несмотря на то, что образцы происходят из различных фаций, они нередко демонстрируют сравнительно близкие значения аномалий. Так, у пробы CB1 из аргиллитов Йеллоунайф величина δ13C составляет -133 промилле, а у пробы EB из песчаников, перекрывающих формацию Мюррей на горе Шарп, она достигает -137 промилле. Положительных аномалий оказалось всего две, и они происходят из разных пачек формации Мюррей.

Авторы исследования отмечают, что необычно большие отрицательные изотопные аномалии не находят объяснения в рамках механизмов фракционирования, действующих на Земле. Например, сомнительно, чтобы столь серьезный изотопный сдвиг произошел в результате деятельности организмов, окисляющих абиогенный метан: она обеспечивает аномалию лишь около -30 промилле.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Чем важнее ген, тем реже он мутирует

Изучение большого массива данных по мутагенезу у модельного растения Arabidopsis thaliana показало, что в разных участках генома мутации возникают с разной частотой. Темп мутагенеза можно предсказать по эпигенетическим признакам, таким как уровень метилирования ДНК, открытость хроматина и модификации гистонов. Распределение этих эпигенетических меток, в свою очередь, зависит от функциональной нагрузки участков ДНК. В результате получается, что частота возникновения новых мутаций связана обратной зависимостью с функциональной важностью данного участка генома и с силой действующего на него очищающего отбора.

Иначе говоря, в наиболее важных участках новые мутации не только активнее вычищаются отбором, но и реже возникают. В частности, темп мутагенеза ниже внутри генов по сравнению с внешними (нетранскрибируемыми) областями и в жизненно важных генах, работающих постоянно, по сравнению с теми, что используются лишь эпизодически (например, включаются в ответ на какие-то внешние стимулы). По-видимому, в ходе эволюции у некоторых организмов под действием отбора развились молекулярные механизмы, снижающие частоту мутаций в наиболее важных частях генома. В основе их работы лежит привлечение ферментов репарации и других факторов, защищающих ДНК от повреждений, к определенным эпигенетическим меткам. Исследование показало, что неслучайный мутагенез играет важную роль в эволюции геномов. Некоторые характерные особенности молекулярной эволюции, которые обычно объясняют действием отбора (например, ускоренное накопление различий в менее важных участках генома), на самом деле во многом объясняются неслучайным мутагенезом. Который, впрочем, сам является результатом эволюции под действием отбора.

Полученные результаты показывают, что у Arabidopsis (а скорее всего и у многих других организмов, хотя это еще предстоит доказать) в ходе эволюции, по-видимому, выработались специальные механизмы, позволяющие снизить скорость мутирования наиболее важных участков генома − тех участков, мутации в которых чаще всего оказываются вредными. В результате среди вновь возникающих мутаций существенно снижается доля вредных, а общее негативное влияние мутагенеза на приспособленность уменьшается.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики обнаружили гравитационный эффект Ааронова − Бома

Американские физики сообщили об экспериментальном обнаружении гравитационного эффекта Ааронова − Бома. Для этого они наблюдали квантовую интерференцию между траекториями атомов, лежащих на разных расстояниях от массивного предмета.

Тела в классической механике подчиняются уравнениям Ньютона, которые формулируются через векторы сил. Этот принцип остался неизменным при объединении механики с электромагнетизмом. Это означает, что непосредственному измерению в классической физике подлежат лишь силовые характеристики электромагнитных полей, а именно вектор напряженности электрического поля и вектор магнитной индукции. Скалярный и векторный электромагнитные потенциалы при этом считались удобными математическими величинами, а вопрос об их физической сущности долгое время оставался открытым.

Ключевая особенность новой работы, заключалась в высокой степени пространственного разделения плечей интерферометра (до 25 сантиметров), по которым летят атомы. Этого удалось добиться с помощью большой импульсопередачи (разница между плечами составила 52 импульса фотона). Такое большое разделение поставило плечи в разные условия относительно гравитационного потенциала кольца. Физики мерили разность фаз с помощью флуоресцентной визуализации объединенных пучков.

Ученые строили зависимости фазовых сдвигов, измеренных во всех частях интерферометра, от высоты, на которой располагалось кольцо. Если кольцо было ниже, чем вершина верхней траектории, искажения, вызванные притяжением, начинали компенсировать друг друга, уменьшая соответствующую фазу. В этом диапазоне параметров вклад в полную фазу главным образом давал эффект Ааронова − Бома со статистической значимостью 7σ.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Крошечные электрогенераторы могут ускорить заживление ран

Тайваньские ученые выяснили, что крошечные повязки, которые генерируют электричество в ответ на движение, могут ускорить заживление ран и регенерацию тканей.

В середине − конце 1900-х годов ученые обнаружили, что стимуляция тканей электрическим полем может улучшить заживление ран. Сегодня исследования в этой области сосредоточены на разработке небольших, носимых и недорогих пластырей для ускоренного заживления ран, у которых нет громоздкого внешнего оборудования.

В новом исследовании ученые представили обзор нескольких технологий, которые могут лечь в основу будущих пластырей для ускорения заживления ран. Согласно исследованию, самыми лучшими кандидатами на роль источников энергии для таких устройств являются трибо- и пьезоэлектрические генераторы, которые создают электроэнергию в ответ на вибрацию и механические нагрузки.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Новый вид цианобактерий проливает свет на эволюцию кислородного фотосинтеза

Из растущего в Панаме мха выделен новый вид цианобактерий, названный Anthocerotibacter panamensis. На сегодняшний день у A. panamensis самое простое строение и самый простой фотосинтетический аппарат среди известных цианобактерий. Благодаря этому ученые смогли многое понять про историю появления кислородного фотосинтеза, преобразившего нашу планету. В частности, теперь мы знаем, что у общего предка цианобактерий еще не было тилакоидов (структур, внутри которых происходит фотосинтез), а также представляем себе минимальный набор белков, необходимых для кислородного фотосинтеза.

В изучении эволюции цианобактерий глеобактерии представляют собой такую же ценность, как ланцетники при изучении эволюции хордовых. Это наиболее рано обособившиеся представители, по которым легче всего попытаться реконструировать эволюционные изменения, приведшие к появлению целой новой группы. Глеобактерии на данный момент − практически единственное доступное нам звено, переходное от нефотосинтезирующих мелайнабактерий к мастерам высокоэффективного кислородного фотосинтеза.

Новый вид был открыт неожиданно. Открыла его группа под руководством Фэй-Вэй Ли (Fai-Wei Li), сотрудника Института Бойса Томпсона (входящего в Корнеллский университет), которая занимается выделением цианобактериальных симбионтов из антоцеротовых мхов. У любого из этих мхов есть какой-нибудь бактериальный симбионт из числа многоклеточных цианобактерий, осуществляющий для мха фиксацию атмосферного азота (так же, как клубеньковые бактерии снабжают фиксированным азотом растения семейства Бобовые). Этих-то симбионтов и искали исследователи. И очень удивились, когда из мха Leiosporoceros dussii вместо нитчатой цианобактерии выделилась одноклеточная глеобактерия. Это была редкая удача, но тем не менее она была неожиданной.

Оказалось, что, «питаясь» одним светом, новая цианобактерия растет очень медленно: почти трое суток ей требуется на одно деление, даже если свет яркий. При более тусклом свете она делится и вовсе раз в неделю. Это гораздо медленнее, чем у «кроновых» цианобактерий (их представитель делится каждые 8 часов) и сопоставимо с одним из рекордсменов медленного роста совсем из другой "оперы" − микобактерией туберкулеза. Это показывает, насколько неэффективен фотосинтетической аппарат антоцеротибактера. Но при этом скорость выделения кислорода была лишь примерно вдвое ниже, чем у "кроновой" цианобактерии. То есть, если бы антроцеротибактер 2,5 млрд лет назад "работал" в одиночку, он все же имел бы шансы произвести кислородную революцию и преобразить мир. Только, может быть, на полмиллиарда лет позже.

*Эволюционное дерево цианобактерий в упрощенном виде. Звездочкой отмечен «главный герой» этой статьи — Anthocerotibacter panamensis.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики нашли "фон" гравитационных волн

Ученые смогли обнаружить так называемый "фон" гравитационных волн − низкочастотные сигналы, которые сопутствуют основному паттерну волны. Для получения этого результата ученые использовали все ресурсы Международной системы синхронизации пульсаров (IPTA), которая объединяет несколько астрофизических коллабораций со всего мира.

Сверхнизкочастотные гравитационные волны имеют длину волны около светового года. Они предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна. Эти волны пронизывают все пространство-время и могут возникать в результате слияния самых массивных черных дыр во Вселенной или в результате событий, произошедших вскоре после образования Вселенной в результате Большого Взрыва. Ученые искали доказательства их существования в течение нескольких десятилетий.

Полученные IPTA данные позволили обнаружить сверхнизкочастотный сигнал, который создают множество пульсаров и который астрофизики заметили в объединенных данных. Характеристики этого распространенного среди пульсаров сигнала в целом согласуются с характеристиками, ожидаемыми от "фона" гравитационной волны.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Археологи нашли в Египте высеченную в скале семейную гробницу с 20 мумиями

Археологи из египетско-итальянской миссии обнаружили к западу от города Асуан семейную гробницу, высеченную в скале. В погребальном сооружении им удалось найти 20 хорошо сохранившихся мумий греко-римского периода. Хотя сама гробница была разграблена еще в древности, ученые нашли ценные артефакты того периода, например, жертвенный стол, медное ожерелье и деревянные фигурки.

Ученым удалось обнаружить большую гробницу, которая была разграблена еще в древности. Однако в ней до сих пор покоились 20 хорошо сохранившихся мумий, относящихся к греко-римскому периоду. Среди них археологи выделили мумию ребенка, которая находилась вместе с картонажем в терракотовом саркофаге.

Сама гробница представляет собой высеченные в скале четыре погребальные камеры, вход в которые был обустроен из блоков песчаника и глинобитного кирпича. По мнению профессора Патриции Пьянчентини (Patrizia Piacentini) из Миланского университета, которая руководила миссией с итальянской стороны, в этом погребальном сооружении хоронили членов одной семьи. Она отметила, что, помимо самих мумий, археологам удалось найти ценные артефакты той эпохи − жертвенный стол, медное ожерелье, каменные плиты с надписями и деревянные фигурки, изображающие мифическую птицу Ба.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Научные видео

Основные источники:

• neuronovosti.ru
• popmech.ru
• nplus1.ru
• elementy.ru

Спасибо за внимание, и помните, что никогда не поздно "Учиться, учиться и еще раз учиться!"

Прошлый выпуск рубрики:

• Материя и антиматерия реагируют на гравитацию одинаково.
• Как музыка формирует когнитивный резерв мозга.
• "Космическая корова" ярко взорвалась в рентгеновском диапазоне.
• Хирурги впервые пересадили человеку генетически модифицированное свиное сердце.
• Как наш мозг может сфокусироваться на отдельном голосе в шумной толпе.

Источник