США разрешило экспорт сланцевого газа в Японию

Оригинал взят у nippon_life в США разрешило экспорт сланцевого газа в Японию

Япония получила официальное разрешение от правительства США на экспорт сланцевого газа из южноамериканского штата Луизиана.

Разрешение было выдано во вторник Министерством энергетики США. В договоре с Луизианой участвуют японские компании Mitsui и Mitsubishi, а также транспортная компания Nippon Yusen. Начиная с 2017 года, они планируют ежегодно доставлять в Японию сжиженный американский газ объемом около 8 млн. тонн.

Рост спроса на сланцевый газ вырос в связи с внедрением новых технологий, приведших к снижению цен на углеводороды на американском внутреннем рынке. Добыча ранее невыгодных и плохо извлекаемых запасов сланцевого газа и нефти в США произвели просто таки фурор.

Напомним, что США, по подсчетам экспертов, является обладателем около 10% всех мировых запасов сланцевого газа. А для Японии, небогатой на полезные ископаемые, вопрос альтернативного и более дешевого топлива стоит как никогда остро.

По материалам информационного агентства yaponia.biz

Для новых стволовых клеток больше не нужны клетки животных или людей

Для новых стволовых клеток больше не нужны клетки животных или людей

Исследование, опубликованное 6 февраля в журнале Applied Materials & Interfaces, представляет новый метод выращивания эмбриональных стволовых клеток человека, для которых не требуются клетки людей или животных. Обычно стволовые клетки создаются с помощью белков животных, что исключает их использование для лечения людей. Выращивание стволовых клеток с помощью клеток других людей, в свою очередь, создает риск заражения патогенными организмами.

Группа ученых из Суррейского университета  Великобритания) в сотрудничестве с профессором Питером Донованом (Peter Donovan) из Университета Калифорнии (США) разработали каркас из углеродных нанотрубок, на котором можно выращивать стволовые клетки для создания различных видов тканей. Эти строительные блоки моделируют поверхность опорных клеток человека и действуют как каркас, на котором стволовые клетки могут расти. Стволовые клетки, которые ранее полагались на живые клетки других организмов, теперь могут свободно выращиваться в лабораториях, что может означать революцию в способах замены тканей после травм или болезней.

Доктор Алан Дальтон (Alan Dalton), ведущий лектор физического факультета Суррейского университета, заявил: «Несмотря на то, что углеродные нанотрубки использовались в области биомедицины на протяжении определенного времени, их использование в исследованиях стволовых клеток ранее известно не было. Синтетический каркас стволовых клеток потенциально может изменить жизни тысяч людей, страдающих такими заболеваниями, как болезнь Паркинсона, диабет, сердечные заболевания, расстройства зрения и слуха. Он поможет снизить стоимость трансплантации, и возможно, когда-нибудь с помощью углеродного каркаса мы сможем выращивать человеческие органы, не прибегая к донорству».

По материалам Phys. Org.

Аккумуляторы будущего изготавливают из ревеня

Аккумуляторы будущего изготавливают из ревеня

Исследователи из Гарварда создали новый вид аккумулятора, в котором используется электрохимическая реакция между органическими соединениями вместо металлов. Эта многообещающая технология позволяет надеяться в скором времени на решение проблемы создания дешёвого и высокоэффективного аккумулятора. По словам изобретателей, в их разработке используются хиноны, органические соединения, идентичные тем, что содержатся в ревене

Стоимость добычи хинонов низка, их можно вырабатывать из растений или синтезировать из нефти-сырца. В отличие от батарей с цельным электродом, проточные батареи содержат два химических компонента в виде растворов в отдельных резервуарах. В аккумуляторе гарвардцев используется водный раствор хинонов, что делает его пожаробезопасным. Эти гидрохиноны могут выполнять ту же функцию, что и металлические электрокатализаторы, например, платиновые.

Проточные аккумуляторы хорошо приспособлены для хранения большого объёма энергии, но их главным недостатком является высокая стоимость. По оценкам изобретателей из Гарварда, традиционные проточные батареи имеют стоимость около 700$/кВт*час, в то время как их новинка может понизить стоимость до 27$/кВт*час. Разработчики утверждают, что их аккумулятор сейчас имеет эффективность не хуже большинства современных проточных аккумуляторов на основе ванадия.

По словам одного из разработчиков, Роя Гордона (Roy G. Gordon) использование хинонов может стать прорывной технологией в сфере перезаряжаемых источников энергии.

«Весь мир использует аккумуляторы с ионами металлов в разных состояниях. Но эта технология имеет ряд ограничений и недостатков, в частности низкую ёмкость и высокую стоимость. Предложенные нами органические молекулы открывают огромные возможности.»

Майкл Азиз (Michael J. Aziz), ведущий разработчик, считает, что широкое использование органических проточных аккумуляторов в связке с возобновляемыми источниками энергии (солнечной, ветряной) поможет существенно понизить зависимость человечества от ископаемых источников энергии.

«Проблемой возобновляемых источников является их непостоянство во времени, и это важнейшее препятствие на пути к их широкому внедрению. Я уверен, что мы нашли хорошее решение.»

В отчете Американского Химического Сообщества от 2011 года сообщается, что всемирная выработка ветряной энергии в 2006 году составила 74,3 ГВт, а в 2007 — 94 ГВт. К 2020 году прогнозируется уровень выработки в 474 ГВт. К тому же сроку в США планируется достигнуть уровня выработки солнечной энергии в размере 100 ГВт.

Сейчас исследователи разрабатывают перевозимый проточный аккумулятор, сравнимый по габаритам с прицепом для перевозки лошадей. Подобные аккумуляторы могут быть подключены к солнечным панелям на крышах зданий, что позволит осуществлять бесперебойное энергоснабжение даже в условиях отсутствия солнца.

General Eleсtric: магнитные холодильники вытеснят традиционные в ближайшие десять лет

General Eleсtric: магнитные холодильники вытеснят традиционные в ближайшие десять лет

Компания GE анонсировала выпуск холодильных установок на основе магнитокалорического эффекта и показала опытную установку. В ней нет ни сжижаемых хладагентов, ни компрессоров. Отсутствуют даже термоэлектрические преобразователи (элементы Пельтье), столь популярные в автомобильных холодильниках, туристическом снаряжении и экзотических системах охлаждения компьютеров.

Конструкция магнитного холодильника довольно проста. Какой-либо объект (бутылка воды, радиатор чипа, воздух в камере) охлаждается, отдавая своё тепло металлическим пластинам. Они контактируют с теплоносителем, во внутренней структуре которого под действием магнитного поля происходят обратимые циклические изменения.

Экспериментальная холодильная установка на основе магнитоэлектрического эффекта (фото: General Electric).

Для лабораторных исследований список веществ, подходящих на роль теплоносителя в магнитном холодильнике, исчисляется десятками. Он включает ферро-, антиферро- и ферримагенитки, но практически значимый магнитокалорический эффект сильнее всего выражен у некоторых парамагнетиков.

В зависимости от конкретной технической задачи основным теплоносителем может служить парамагнитный материал в различном агрегатном состоянии. Обычно удобнее использовать окись азота или алюминий.

Молекулы парамагнетиков полярные, то есть обладают магнитным моментом. В обычном состоянии они ориентированы беспорядочно из-за теплового движения. Во внешнем магнитном поле они стремятся расположиться в направлении магнитных линий. За счёт этого внутренняя структура парамагнетиков временно становится более упорядоченной. Происходит обратимое понижение энтропии, приводящее к снижению температуры.

В экспериментах эффект хорошо наблюдается в адиабатических условиях, то есть при наличии теплоизолирующей оболочки вокруг парамагнетика. Если же её убрать, то обмен с окружающей средой приведёт к выравниванию температуры. Подвергаясь действию переменного магнитного поля, парамагнетики сначала аккумулируют тепло (понижая температуру воздуха и более нагретых тел вокруг себя), а затем отдают его на радиатор в следующем цикле. Далее, как и в любой холодильной установке, тепло уносится во внешнюю среду.

Системы охлаждения на основе магнитокалорического эффекта актуальны не только для бытового, но и для промышленного применения — в частности для создания надёжных и малозатратных систем охлаждения в серверных и дата-центрах. Ведущий автор исследования Венкат Венкатакришнан (Venkat Venkatakrishnan) высоко оценивает значимость этой работы. «Мы на пути к очередной революции в системах охлаждения», — пишет он в отчёте.

По оценкам GE, магнитокалорическое холодильное оборудование вытеснит компрессорное в течение ближайших десяти лет.

Идея создавать магнитные холодильные установки была предложена очень давно. Профессор Фрайбургского университета (Германия) Эмиль Габриель Варбург описал тепловые эффекты в парамагнетиках ещё в 1881 году. Долгое время работа не находила применения, поскольку создаваемые установки отличались низкой производительностью.

Спустя столетие, в 1980-х, исследователи Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) смогли получить практически значимый магнитокалорический эффект при помощи дорогостоящего магнита со сверхпроводящей обмоткой.

Экономически целесообразными такие системы удалось сделать только недавно — за счёт применения новых материалов и подходов к реализации процесса теплообмена. Вместо создания переменного магнитного поля с помощью катушек индуктивности GE предлагает использовать вращение постоянных неодимовых магнитов.

Такой метод снижает затраты электроэнергии и позволяет создавать экономичные магнитные холодильники. По предварительным расчётам, их энергоэффективность превосходит традиционные системы охлаждения на 20%. Экспериментальная установка далека от показателей будущих серийных моделей, но уже легко превращает воду в лёд.
Андрей Васильков

Шизофрения начинается из-за неумения нейронов поедать самих себя

Шизофрения начинается из-за неумения нейронов поедать самих себя

Здоровье нервных клеток зависит от их способности вовремя избавляться от вышедших из строя органелл и молекул; если же эта способность нарушена, то у мозга могут начаться большие неприятности, вплоть до болезни Альцгеймера и шизофрении.

Лишь половина лекарств от шизофрении работают так, как от них того ждут. Почему? Симптомы заболевания довольно размыты, далеко не всегда понятно, как они друг с другом связаны и имеют ли некую общую причину. Исследователи, разумеется, пытаются найти для шизофрении «корень всего», но получается не всегда, с переменным успехом. Так, специалисты Тель-Авивского университета (Израиль) полагают, что причина шизофрении может крыться в нарушении процесса аутофагии в нейронах.

Аутофагия, или самопожирание, — обычная процедура, в ходе которой клетка избавляется от вышедших из строя органелл, их фрагментов, макромолекул и т. п., причём иногда она переваривает себя всю, что сближает аутофагию с апоптозом. Если этой процедуре что-то мешает, клетка болеет и умирает, но умирает неправильно, вредя всему органу. Для нейронов, например, было показано, что при неспособности к аутофагии может начаться болезнь Альцгеймера.

Адекватная работа мозга зависит от умения нейронов убирать внутри себя. (Фото Corbis.)

Иллана Гозес (Illana Gozes) и её коллеги сумели привязать аутофагию ещё и к шизофрении.

Учёные обнаружили, что в гиппокампе больных шизофренией сильно уменьшен уровень беклина 1, необходимого для запуска аутофагии. При этом возрастал уровень нейропротекторного белка ADNP, который, как полагают авторы работы, нужен для компенсации отсутствующего беклина. Известно, что прибавление ADNP характерно для начальных стадий шизофрении, но если сам белок возникает в ответ на снижение беклина 1, получается, что шизофрения развивается из-за нарушений в процедуре аутофагии.

В журнале Molecular Psychiatry авторы высказывают такое предположение: если бы удалось найти способ искусственно стимулировать работу беклина 1, это позволило бы замедлить развитие шизофрении, а то и вообще избавиться от неё.

Впрочем, как мы уже говорили, болезнь эта сложна и многофакторна, и до испытаний на животных и людях следует с большой осторожностью говорить о «новом универсальном лекарстве от шизофрении».

Подготовлено по материалам No Camels.

Кирилл Стасевич

Ученые в США ставят ядерный синтез на службу АЭС

Ученые в США ставят ядерный синтез на службу АЭС

По сообщению ВВС специалисты Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии в ходе двух экспериментов впервые получили больше энергии при ядерном синтезе, чем при распаде ядер, что может стать важным шагом на пути к новому функционированию АЭС.

Как отмечается в журнале Nature, ученые предупреждают, что до получения достаточного количества энергии для поддержания атомного реактора еще далеко.

Физики возлагают большие надежды на ядерный синтез, поскольку для реакции необходим лишь водород, запасы которого неисчерпаемы.

Используемая в современных АЭС технология ядерного распада, напротив, предполагает использования крайне недешевого урана.

Ссылок на материал и упоминаний на сайте Nature не нашёл. 


UPD. Статья об открытии на сайте Ливерморской национальной лаборатории им. Э.Лоуренса https://www.llnl.gov/news/aroundthelab/2014/Feb/NR-14-02-06.html#.Uvx5lIUwZO0

Ученые впервые в ходе управляемой реакции термоядерного синтеза получили на 1% больше энергии, чем было затрачено на ее инициацию. Это важное достижение на пути к овладению технологией, которая решит энергетические проблемы человечества.

С помощью набора самых мощных лазеров NIF (National Ignition Facility) американской Ливерморской национальной лаборатории, ученые впервые получили от управляемой реакции термоядерного синтеза чуть больше энергии, чем было поглощено топливом. По словам ученых, это важная символическая веха, которая укрепляет веру в то, что человечеству удастся овладеть практически неисчерпаемым источником энергии.

Разумеется, до конечной цели еще далеко: зажигание и поддержание стабильной реакции, выдающей огромное количество энергии, пока остается отдаленной перспективой. Тем не менее, руководитель проекта по изучению высокоэнергетических рентгеновских импульсов в Sandia National Laboratory Марк Херрманн отметил, что это важный шаг на пути к зажиганию продуктивной реакции.

Управление термоядерной реакцией оказалось чрезвычайно трудным делом. Проблема в том, что необходимо управлять чрезвычайно сложным рабочим телом: плазмой, нагретой до температуры в миллионы градусов. Ученые из разных стран исследуют различные способы поддержания термоядерной реакции, например опытная установка ITER, строящаяся на юге Франции, будет удерживать плазму магнитными полями внутри реактора тороидальной формы.

В ходе обычной ядерной реакции энергия выделяется в результате ядерного распада очень тяжелых атомных ядер, например, урана. При термоядерном синтезе, энергию образуется в результате слияния легких ядер, например водорода. Во время такой реакции крошечная часть массы отдельных атомных ядер водорода превращается в энергию. Именно термоядерный синтез питает звезды, в том числе и наше Солнце.

Мишень с хольраумом, готовая к «обстрелу» лазерами

Для зажигания термоядерной реакции необходимо применить значительное количество энергии, чтобы преодолеть силу электростатического отталкивания атомных ядер и сблизить их друг с другом. В NIF эта энергия обеспечивается воздействием 192 мощных лазеров, которые облучают золотой цилиндрический топливный контейнер размером с горошину. Этот контейнер, названный хольраум, содержит песчинку топлива: тончайший слой из дейтерия и трития. Хольраум поглощает энергию лазеров и повторно излучает ее в виде рентгеновских лучей, часть которых поглощается капсулой топлива. При этом внешний пластиковый корпус хольраума взрывается, и сила взрыва сжимает легкие атомные ядра до такой степени, что этого достаточно для запуска термоядерного синтеза.

Геометрия хольраума с капсулой внутри. Это модель топливной ячеки для будущих термоядерных реакторов

К сожалению, до сих пор большая часть энергии лазеров поглощалась хольраумом, а не пластиковой оболочкой, что приводило к ее неравномерному и менее интенсивному испарению. В итоге хольраум поглощал слишком много энергии - гораздо больше, чем давала термоядерная реакция на выходе.

Чтобы решить эту проблему, ученые перенастроили лазер, чтобы доставить больше энергии в начале импульса. Это приводит к более интенсивному нагреванию хольраума и «разбуханию», пластиковой оболочки. В результате пластиковая оболочка становится менее склонной к неравномерному испарению и меньше нарушает течение термоядерного синтеза.

В результате исследователи смогли достичь положительного выхода энергии на уровне 1,2-1,9 от затраченной, причем большая часть произведенной энергии была получена в ходе самонагревания топлива излучением, что является важным условием поддержания стабильной управляемой реакции синтеза. Ранее ни в одной лаборатории не удавалось достичь подобного результата. Несмотря на то, что положительный выход энергии составил лишь на 1% больше затраченной на зажигание синтеза, – это большой успех.

Ученым удалось преодолеть ограничения, накладываемые принципом квантовой неопределенности Гейзенберг

Ученым удалось преодолеть ограничения, накладываемые принципом квантовой неопределенности Гейзенберга

Группе ученых-физиков из университета Квинсленда (University of Queensland), Австралия, произведя высокоточные измерения одновременно нескольких характеристик отдельных фотонов, удалось успешно преодолеть ограничения, накладываемые известным принципом квантовой неопределенности Гейзенберга. Эти новые методы измерений характеристик квантовых частиц могут послужить основой для дальнейшего продвижения вперед технологий квантовых вычислений, квантовых коммуникаций и создания новых типов датчиков различных величин, использующих в своей работе принципы квантовой механики.

Почти столетие назад известный физик-теоретик Вернер Карл Гейзенберг, один из основоположников квантовой механики и лауреат Нобелевской премии по физике 1932 года, определил фундаментальные ограничения по точности измерений характеристик любой квантовой системы, которые получили впоследствии название принципа неопределенности Гейзенберга. В соответствии с принципом неопределенности невозможно одновременно измерить с высокой точность две или больше связанных характеристик квантовой системы, к примеру, скорость и местоположение квантовой частицы. Измерение одной характеристики окажет негативное влияние на значение второй характеристики, что приведет к уменьшению точности измерений.

Группе ученых, в состав которой входит Мартин Рингбоер (Martin Ringbauer), студент-выпускник Школы математики и физики университета Квинсленда и автор статьи, опубликованной в журнале Physical Review Letters, удалось использовать работу Сирила Брэнкиарда (Cyril Branciard) другого ученого из этого же университета. В прошлом году Брэнкиард предложи понятие "отношений неопределенности", которые определяют количественные значения вмешательств измерений одной характеристики в значение второй связанной характеристики квантовой частицы при требуемой точности измерений.

Используя эти "отношения неопределенности", позволяющие компенсировать негативные влияния, исследователи провели совместные измерения некоторых параметров фотонов света, результаты и точность измерений которых впоследствии были подтверждены независимыми измерениями каждого параметра в отдельности.

Ученые считают, что полученные ими экспериментальные результаты уже содержат некоторое количество ответов на давнишние фундаментальные вопросы квантовой механики. "Принцип неопределенности является одной из главных особенностей квантовой механики, которая не очень верно трактовалась до последнего времени" - рассказывает Мартин Рингбоер, - "Теперь у нас имеется новая более полная теория, подтвержденная экспериментальными данными. И, согласно нашему мнению, настала пора переписать некоторые главы учебника по квантовой механике".

http://phys.org/news/2014-02-team-limits-famous-quantum-principle.html

Начато сооружение лазера HAPLS, самого мощного лазера на сегодняшний день

Начато сооружение лазера HAPLS, самого мощного лазера на сегодняшний день

В современной науке мощные лазеры являются одними из самых важных инструментов научных исследований, которые позволяют ученым заниматься изучением быстротекущих процессов из области классической физики, химии и квантовой механики. Поэтому совершенно не удивительно то, что в различных уголках земного шара постоянно идет почти непрекращающееся создание все более мощных лазерных установок, способных сгенерировать луч света, несущий все больше и больше энергии. И не так давно специалисты Национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) приступили к сооружению новой чрезвычайно мощной лазерной системы. Согласно имеющейся информации, система HAPLS (High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System) сможет вырабатывать череду чрезвычайно коротких импульсов света, каждый из которых будет иметь 1 петаватт моментальной мощности.


Петаватт - это один квадрильон (1,000,000,000,000,000) ватт мощности. Именно эта мощность будет определять количество энергии, которая будет заключаться в каждом из импульсов света, длительностью 30 фемтосекунд (0.03 триллионной доли секунды) и которые будут следовать с частотой 10 раз в секунду.

Возможность генерировать столь необычайно мощные импульсы света с такой относительно большой частотой является главным отличием лазерной системы HAPLS от других мощных систем, которые могут оперировать таким же уровнем мощности и энергии, но вырабатывают одиночные импульсы, длительность которых намного превышает длительность импульсов лазера HAPLS. Кроме того, благодаря инновационной системе охлаждения жидким гелием лазерная система HAPLS сможет работать на своей максимальной частоте и мощности практически непрерывно в течение достаточно длительного времени.

В лазерной системе HAPLS используется уникальный мощный источник света на основе массива лазерных полупроводниковых диодов и система сокращения длительности импульса, которая позволяет уменьшить длительность импульса в два раза, подняв, тем самым, его моментальную мощность. За счет этих технологий достигается необычайно высокая энергетическая плотность лазерного луча, которая составляет 10^23 ватта на один квадратный сантиметр.

Лазерная система HAPLS разрабатывается специалистами австрийской компании Femtolasers, которая специализируется на разработке высокоскоростных лазеров и оптических систем. Сборка системы HAPLS производится на территории и специалистами лаборатории LLNL, которые уже имеют богатый опыт по созданию мощных лазерных систем. Также в лаборатории LLNL будут произведены первые испытания новой лазерной системы. После этого установка будет демонтирована и отправится к месту ее постоянного пребывания, в Чешскую Республику, где начато сооружение целого комплекса чрезвычайно мощных лазерных систем в рамках европейской программы ELI-Beamlines (Extreme Light Infrastructure).

Ожидается, что общая стоимость реализации проекта ELI-Beamlines составит приблизительно 350 миллионов долларов. Из этой суммы выделено 45 миллионов, которые получила лаборатория LLNL на сооружение и испытания лазерной системы HAPLS. Если реализация проекта ELI-Beamlines пройдет согласно намеченным планам, то первые запуски самой мощной лазерной системы в мире произойдут в 2017 году, а после этого ученые со всех уголков земного шара получат возможность использовать это для проведения уникальных исследований в области квантовой механики, физики, химии, материаловедения и многих других областей.

https://www.llnl.gov/news/newsreleases/2014/Feb/NR-14-02-02_.html#.UvyhSoUwZO0

Экзоноски с пневмомышцами.

Экзоноски с пневмомышцами. (видео)

Южнокорейский робототехник Ён-Лаэ Парк (Yong-Lae Park) и его команда из Университета Карнеги-Меллон разработали роботизированное устройство, усиливающее голеностоп. Своеобразный «носок» с пневматическими мышцами и датчиками растяжения прежде всего предназначен для восстановления подвижности ног у людей, страдающих от последствий травм и различных нервно-мышечных расстройств, таких как церебральный паралич или рассеянный склероз.

Устройство, которое выглядит как носок с наколенником и крепежом на бедре, состоит из пневматических мышц, искусственных сухожилий и датчиков. Устройство повышает силу голеностопа, причем в отличие от большинства экзоскелетов, оно менее громоздкое и обеспечивает большую подвижность стопы.

Большинство экзоскелетов для лодыжек имеют только один диапазон движения: вверх и вниз. Однако человеческая стопа совершает гораздо более сложные движения, и воспроизвести их примитивные металлические суставы не могут.

Пневматические мышцы и растягивающиеся датчики составляют основу мягкого усилителя мышц

Использование гибких материалов и пневмомышц, при всей привлекательности этой идеи, сопряжено со множеством проблем. Так, металлический экзоскелет берет всю нагрузку на себя, в то время как мягкие системы опираются на кости и кожу человека. Соответственно, во втором случае необходимо тщательное дозирование нагрузки и ее распределение на большую площадь.

Текущий прототип уже отлично работает в лаборатории, на ровной поверхности, но впереди испытания в более сложных условиях городских улиц, что наверняка потребует доработок. В целом конструкция уже работает очень хорошо, имеет небольшие габариты и может быть спрятана под широкими штанами. Единственные недостатки – это шум при работе пневмомышц, похожий на дыхание Дарта Вейдера, и извечная проблема запаса энергии в современных аккумуляторах.

По словам разработчиков, на рынке «пневматические носки» появятся через 3-5 лет по цене $5 000-10 000. Надо отметить, что данная технология может быть применена практически к любому суставу, любым мышцам на теле, то есть потенциально можно создать костюм для всего тела, а не только для голени. Такие костюмы могут найти широкое применение в армии, спасательных службах, на производстве и т.д.

Гадание по митохондриям, или Как предсказать продолжительность жизни

Гадание по митохондриям, или Как предсказать продолжительность жизни

Частота выбросов митохондриями кислородных радикалов позволяет спрогнозировать, сколько проживёт организм. Правда, такое предсказание, по-видимому, можно сделать только в определённый период жизни.

В отличие от кукушек и гадалок, врачи могут предсказать продолжительность только тогда, когда этой самой жизни угрожает смертельная опасность. Но можно ли и впрямь здоровому, ничем не болеющему человеку узнать, как долго он проживёт, опираясь не на сомнительные тесты из соцсетей («Хотите узнать, сколько вам осталось?»), а на что-то более или менее научное?

По сути, задача сводится к тому, чтобы определить скорость старения организма. Учёные давно пытаются найти какой-нибудь признак, по которому можно было бы точно определить скорость старения в любой момент жизни. Но на скорость старения и на продолжительность жизни влияет множество факторов, от экологических до генетических. И очень трудно отыскать параметр, который позволил бы загодя оценить продолжительность жизни, не обращая внимания на временные молекулярно-генетические и физиологические изменения.

Митохондрии в клетках лёгких (фото Kallista Images).

Тем не менее Мэн-Цю Дун (Meng-Qiu Dong) и её коллеги из Биологического института в Пекине (Китай) убеждены, что им это удалось. За предсказанием срока жизни исследователи обратились к митохондриям. На первый взгляд это выглядит логичным и даже банальным решением: митохондрии, добывая энергию с помощью кислорода, в качестве побочного продукта производят кислородные радикалы, которые создают в клетке окислительный стресс. Кислородные радикалы портят как сами митохондрии, так и клеточную ДНК, так что состояние клетки постепенно ухудшается. Однако, хотя многие исследователи полагают, что митохондрии действительно являются главным двигателем старения, в этой теории (выдвинутой ещё в 1972 году) до сих пор остаются противоречия и недоказанные утверждения. В некоторых случаях окислительный стресс оказывается явно ни при чём: например, голые землекопы живут необычайно долго, хотя уровень окислительного стресса у них высокий.

В 2008 году учёные обнаружили, что митохондрии выбрасывают кислородные радикалы не постоянно, а порциями в течение 10 секунд, и такие 10-секундные вспышки происходят каждую пару минут. Была предпринята попытка проследить за ритмом и интенсивностью этих вспышек на протяжении всей жизни организма; в качестве модели выбрали нематоду Caenorhabditis elegans. В статье, опубликованной в Nature, Мэн-Цю Дун и её коллеги сравнивают митохондриальные окислительные вспышки у двух типов червей: у тех, что живут 21 день, а также 30 дней и дольше.

Оказалось, что в жизни нематод есть два периода, когда митохондриальные вспышки у разных червей сходятся в частоте: это ранняя зрелость и старость. При этом именно первая серия вспышек соответствовала сроку жизни, то есть по частоте митохондриальных выбросов в ранней зрелости можно было достоверно предсказать, сколько проживёт нематода. Впоследствии эта корреляция подтвердилась среди 29 генетических мутантов с разным сроком жизни.

Частота митохондриальных кислородных вспышек также отражала индивидуальный опыт нематод: те черви, что перенесли тепловой шок или которых заставляли поголодать, жили дольше остальных, и митохондриальные выбросы случались у них заметно реже. Их частота могла отличаться у генетически одинаковых особей с разным сроком жизни.

Конечно, продолжительность жизни зависит не только от генов, но в данном случае примечательно то, что это «не только» отразилось на митохондриях. Если же у червей стимулировали появление кислородных радикалов, то и выбросы из митохондрий случались чаще, и жили такие черви меньше — даже если были из линии долгожителей.

С одной стороны, эти результаты явно подтверждают связь между окислительным стрессом, поведением митохондрий и продолжительностью жизни и указывают на параметр, с помощью которого эту связь можно оценить, — частоту митохондриальных выбросов кислородных отходов.

С другой стороны, этот параметр, по-видимому, имеет предсказательную силу только в определённый период жизни. (И тут, кстати, было бы интересно проверить, останется ли митохондриальный прогноз в силе, если нематода испытает какой-нибудь такой стресс уже после ранней зрелости, после «возраста предсказания».)

Ну и, наконец, не будем забывать, что для оценки продолжительности жизни есть и другие, не менее уважаемые модели со своими параметрами — например, небезызвестная теломерная. И за чем тут преимущество, за митохондриями или теломерами, и можно ли вообще так ставить вопрос, ещё только предстоит разбираться.

Подготовлено по материалам Nature News. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Раскрыта геология Ганимеда (видео)

Космический аппарат "Galileo", помог ученым раскрыть тайну геологии самого крупного спутника нашей Солнечной Системы.

Ганимед является естественным спутником Юпитера и самым крупным спутником не только этого газового гиганта, но всей нашей Солнечной Системы. Его диаметр равен 5 268 километров, что на 2 % больше, чем у Титана, второго по величине спутника в Солнечной Системе, и на 8 % больше, чем у Меркурия. При этом масса Ганимеда составляет всего 45 % массы Меркурия, но среди спутников планет она рекордная. Нашу красавицу-Луну Ганимед превышает по массе в 2,02 раза.

Спустя практически 400 лет после открытия Ганимеда итальянским астрономом Галилео Галилеем, этот естественный спутник внушительных размеров, наконец-то, картографирован.

Первая глобальная геологическая карта Ганимеда была создана усилиями группой ученых под предводительством Джеффри Коллинза (Geoffrey Collins) из Колледжа Витон (США).

Геологическая карта Ганимеда была составлена на базе многочисленных изображений этого спутника от космических аппаратов Вояджер 1 и 2 (в 1979 году), КА "Galileo" (с 1995 по 2003 года). Эта карта демонстрирует различные геологические черты и особенности поверхности самого крупного естественного спутника в нашей Солнечной системе.

Первичные чёрные дыры предложено отслеживать по реликтовому излучению

Первичные чёрные дыры предложено отслеживать по реликтовому излучению

Кажется, нет ничего дальше от реальности, чем попытки обнести чёрную дыру зеркальной стеной. Но именно такая ситуация, судя по всему, могла и впрямь сложиться вокруг чёрных дыр в самом начале истории Вселенной.

В 1974 году физики-теоретики Уильям Пресс (William Press) и Саул Тукольски (Saul Teukolsky) выдвинули идею: если чёрная дыра (ЧД) вращается с достаточной быстротой, свет в меру большой длины волны, проходящий поблизости от неё, будет рассеян дырой, а не поглощён. Далее ЧД можно окружить чем-то вроде зеркала, от которого эти световые волны будет отражаться, а затем рассеиваться дырой ещё раз, потом отражаться, и так далее — как в обычном лазере, усиливаясь за счёт энергии вращения чёрной дыры. Поскольку такая энергия довольно велика, единожды убрав зеркало на одном из направлений, можно получить очень мощный импульс.

Вам кажется, что попытки окружить ЧД зеркальной стеной — это нечто невообразимое? Между тем, по мнению Абрахама Лёба (Abraham Loeb) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США), именно такая ситуация могла сложиться вокруг чёрных дыр в начале времён.

Чёрнодырная бомба? (Иллюстрация Stuart Daly.)

Его концепция касается так называемых первичных (или изначальных) чёрных дыр — объектов третьего класса, не являющихся ни ЧД звёздных масс, ни сверхмассивными. Подобные ЧД должны были образовываться в ранней Вселенной в местах, где плотность материи была слишком высокой, без таких процессов, как коллапс звезды. То есть схлопываться в первичные ЧД должны были особо насыщенные газом области юной Вселенной, устраивая что-то вроде «Большого взрыва наоборот», только в ограниченном регионе пространства...


Если эти первичные ЧД — пространственно микроскопические и пока не обнаруженные наблюдениями, — и существовали, то основная их масса должна быть невелика — от самых лёгких, по массе меньших, чем Луна, до тех, что чуть побольше (вплоть до габаритов холодильника) и имеют массу Юпитера.

Собственно говоря, вы уже поняли, куда гнёт американский исследователь. А что если, спрашивает он, такие первичные ЧД и есть реальные явления, стоящие за словосочетанием «тёмная материя»? Чтобы объяснить наблюдаемую Вселенную корректно, такая масса должна быть примерно в 5,5 раза больше, чем у всей обычной барионной материи, такой как звёзды, газ, пыль и прочее. Следовательно, физики, ныне ищущие вимпы и иные частицы-кандидаты на роль тёмной материи (ТМ), согласно Абрахаму Лёбу, лезут не на то дерево. «Субатомные частицы предсказываются спекулятивными теориями физики частиц, в то время как ЧД определённо существуют и могут иметь разные массы, — говорит учёный. — Это не такой уж большой шаг вперёд — представить, что они могут отвечать и за ТМ».

Однако первичные ЧД должны порождать видимые астрономам события микролинзирования, скажете вы, а таких пока не слишком много. Опять же первичные ЧД должны испаряться гораздо быстрее более массивных современных, и в конце жизни они могут дать довольно сильную вспышку в гамма-диапазоне. Где же они? Тут и вступает в игру первый тезис г-на Лёба: в ранней Вселенной коллапс обычного вещества вряд ли был настолько симметричным, чтобы породить ЧД, которая не являлась бы вращающейся. А значит, стоит лишь окружить её зеркалом — и смертный час такой дыры будет выглядеть вовсе не так, как ожидали астрономы: вместо умеренной силы гамма-вспышки случится что-то вроде мощного взрыва, при этом ещё и направленного.

Да, но откуда в космосе брались зеркала, чтобы окружать ими первичные ЧД? Вернёмся к Большому взрыву, предлагает Абрахам Лёб. На каждые 10 млрд фотонов приходилась одна частица материи других типов — и там было довольно много электронов. Пока их частота выше частоты всех фотонов, которые электроны встретят на своём пути, плазма, содержащая электроны, будет отражать все фотоны, работая как зеркало, причём окружающее первичные ЧД со всех сторон.

Частота колебаний электронов зависит от их плотности в пространстве, и по мере расширения Вселенной неизбежно наступил бы момент, когда частота упала бы ниже критического уровня, нужного, чтобы удержать фотоны, — и вот вы уже наблюдаете чёрнодырную бомбу в действии.

Очевидно, если такие явления существуют, то их в принципе можно найти в окружающем космосе, даже несмотря на то, что момент падения частоты электронов может наступить в далёком прошлом Вселенной. Например, окрестности первичной ЧД после «выключения зеркала» должны прилично нагреться при взрыве, и всё это породит большие отклонения в спектре реликтового излучения, имеющего температуру 2,7 К и идущего к земному наблюдателю со всех сторон.

Один из физических нобелиатов-2006 Джон Мазер (John C. Mather), , «у меня нет ни малейших идей о том, почему нечто подобное до сих пор никому не приходило в голову». Мол, «это довольно интересно».
замечает
Г-н Лёб и Ко уже провели быстрый первичный анализ реликтового излучения, надеясь выявить подобные отклонения от ожидаемой картины. Увы, действительно большие первичные ЧД таким образом выявить не удалось, и верхние ограничения по массе ещё существующих на сегодня первичных ЧД должны равняться 1% от ожидаемой массы тёмной материи.

Рано или поздно первичные ЧД должны были выдать сильную вспышку по типу лазерной. (Илл. Shutterstock.)

Более того, даже если таких следов первичных ЧД по отклонениям реликтового излучения не удастся обнаружить вообще, сам механизм превращения вращающейся ЧД в эдакую бомбу, испускающую сверхмощное излучение, стоит держать в памяти. В самом деле: физики далеко не уверены, что знают все частицы окружающего мира. И при определённых условиях некие пока неведомые частицы, по свойствами близкие к фотонам, могут создать подобный эффект сверхмощной вспышки на базе достоверно существующих современных нам вращающихся чёрных дыр, среди которых есть и сверхмассивные.

Ну а если наблюдения всё же выявят аномальные отклонения, связанные с первичными ЧД, или, напротив, покажут их отсутствие, это станет совершенно новым методом проверки существования первичных чёрных дыр в ранней Вселенной, чего ранее предложенными методами сделать было почти невозможно.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review D, а его препринт доступен здесь.

Подготовлено по материалам NewScientist. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.