Электрическое поле Земли. Грибы контролируют роботов. Золотые самородки. Новости QWERTY №313
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал Крти. Меня зовут Владимир, и начнём мы сегодня с новости из разряда «если бы во рту росли грибы», только не во рту, а в роботах.
Учёные посчитали, что это правильная идея — создать робота, управляемого грибом. Они использовали электрические сигналы, генерируемые грибным мицелием, для управления вот таким вот мягким товарищем — шагоходом, напоминающим морскую звезду. Мицелий, вегетативная часть гриба, напоминающая сеть тонких нитей, выбрали потому, что он может проводить электричество и даже генерировать собственные электрические импульсы в ответ на внешние раздражители, такие как свет.
Под колпаком платформы с электродами находятся цели вешенки — одного из самых неприхотливых грибов. Сначала учёные отправили его в свободное плавание, что приводило к довольно хаотичному перемещению, а затем уже светили на него ультрафиолетом, направляя робота по заданной траектории. Когда цели генерируют электрические сигналы, они превращаются в своего рода команды. Эти команды предназначаются пневматическим клапаном, в зависимости от состояния которых меняется и движение робота.
Второй экспериментальный робот — четырёхколёсная платформа с жёстким корпусом — имел обычные электродвигатели, и чтобы мицелий не пострадал от помех, инженеры поместили его в виброзащищённую клетку Фарадея. Учёные в дальнейшем собираются усовершенствовать систему сбора и обработки сигналов, чтобы сделать роботов ещё умнее. В целом они пытаются добиться от роботов соответствия их биологическим вдохновителям, чем и занимается подобная биобран. Причём не всегда для этих целей подходят животные ткани, например, нервные клетки из-за их хрупкости и уязвимости в ряде суровых условий. Поэтому и появляются вот такие грибные эксперименты.
Ну а самые интересные новости науки помимо других тем вот теперь рассказывают ещё и о прогулках с грибами, обязательно указывая на источники и подробности, которые всегда находятся в описании.
Этот человек стоит рядом с золотым самородком, добытым в Австралии в 1872 году. Да, самородок весил 285 кг, из которых 83 кг были чистым золотом. Он не сохранился — его переплавили. Но как вообще появляются такие крупные золотые самородки?
Считается, что золото выпадает, осаждается из горячих геотермальных растворов, флюидов, когда те поднимаются по трещинам в земной коре и меняют свою температуру или химический состав. Сотни сдвигов земной коры позволяют получить густую сеть трещин, в которой растворы находятся под большим давлением. При этом образуется кварц — кварцевые жилы, в которых в основном и находят самородное золото.
Вот только раствора, достаточного для того, чтобы сформировались достаточно крупные залежи золота, нужно очень много — в буквальном смысле целые бассейны. Ведь концентрация золота в флюидах очень маленькая — всего лишь 1 на миллион. Но как тогда образуются золотые самородки массой в десятки и даже сотни, как мы видели, килограммов?
Австралийские учёные объяснили, что нужно частицам золота, чтобы собраться всем вместе. Эксперимент показал, что для этого им требуется помощь со стороны как раз кварца. У кварца есть пьезоэлектрическое свойство — то есть способность генерировать электрический заряд при сжатии или растяжении. Кварцевая жила при этом не отличается от отдельного кристалла. Более того, её свойства усиливаются, направленной ориентацией отдельных кристаллов внутри неё.
Чтобы проверить эту теорию, исследователи воспроизвели условия землетрясения в лаборатории. Они взяли кварцевые кристаллы, поместили их в золото-содержащий раствор в несколько разных его типов и подвергли их стрессу — вибрациям, которые имитируют как раз землетрясение. А затем образцы проверили под микроскопом.
Оказалось, чем лучше ориентированы кристаллы кварца, тем выше будет электрический потенциал у жилы. А лучше всего он проявляет там, где есть проводник, то есть само золото. Кварц, подвергающийся тряске, способствовал электрохимическим процессам и осаждению золота из растворов. Частицы золота накапливались на поверхности кристаллов, выступающих в роли электродов, но также могли оказаться и как бы впайаны внутрь жилы. Так частицы концентрировались на уже существующих золотых зёрнышках, добавляя им массы.
Думается, что и в природе происходит нечто подобное, когда изначально небольшое количество золота превращается в крупные самородки благодаря повторяющимся землетрясениям. Это такая природная золотая генерация.
Мы часто слышим, что и так жиденькая атмосфера Марса постоянно улетучивается в космос. Земля, хоть и защищена достаточно мощным магнитным полем, но тоже постоянно теряет некоторую часть своей атмосферы. Вот один из способов: в атмосфере Земли существует невидимый поток частиц, убегающих от земли в космос. Его впервые заметили ещё в поздние корабли, пролетавшие над полюсами. Полярный ветер назвали это явление, и вот сейчас его удалось измерить и объяснить.
Представьте себе, в нашей атмосфере, конкретно в ионосфере, есть восходящий поток ионов. Эти ионы достигают таких скоростей, которых достаточно для преодоления гравитации, и они улетучиваются. Атмосфера в этих участках разрежена. Если бы эти потоки были горячими, а в ионосфере это возможно, то тогда всё было бы как горячий газ, обеспечивающий высокие скорости своим частицам.
Ну и часть из них улетучивается. Вот только измерения показали, что эти ионные потоки не обладают достаточной для такого процесса температурой. Получается, что механизм их побега другой. Итак, встречайте виновника этой потери — амбиполярное электрическое поле. Учёные предсказывали его существование уже 60 лет назад, но измерить его никак не получалось.
Но в 2016 году команда NASA создала новый инструмент для измерения этого поля. 22 мая года место действия — Арктика, архипелаг Шпицберген, полярное утро. Ракета Endurance взлетает, устремляясь ввысь, и в ходе девятнадцатитонного полёта её инструменты фиксируют крохотное изменение электрического потенциала в ионосфере.
Ионосфера простирается от 50 км и почти до 1000 км вверх. Солнечные жёсткие лучи превращают часть атомов водорода и кислорода в ионы. Оторванные от атомов электроны остаются тут же, и ионы, и электроны, и обычные атомы образуют кашу, называемую ионной плазмой. И да, она может быть очень горячей, но уж никак не заряженной. Ведь все электроны и ионы компенсируют друг друга, сохраняя общий заряд в нейтралитете.
Но есть нюанс: ионы чуточку тяжелее, поэтому они опускаются чуточку ниже. Тогда будет происходить что-то вроде разделения плазмы, формирующего разность потенциалов: повыше будут отрицательные, пониже — положительные. Формируется слабое электрическое поле. Endurance измерил, что с высоты от 200 до 800 км разность потенциалов составляет всего 0,55 В — примерно как у батарейки для часов. Это очень слабое напряжение.
Однако именно оно играет ключевую роль в разгоне частиц до гиперзвуковых скоростей, отправляя их в космос. Этого маленького тока достаточно для того, чтобы запускать водородные и кислородные ионы в полёт, увеличивая плотность и высоту атмосферы в этих локациях на целых 270 км. Про это как о своеобразном конвейере, поднимающем атмосферу вверх.
Когда-то учёные предсказывали разность потенциалов в 0,4 В, что оказалось довольно близко к реальной цифре. Так было подтверждено глобальное электрическое поле Земли, начинающееся примерно на высоте в 250 км. Оно столь же фундаментально, как гравитационное и магнитное поля, и, как казалось, формировало атмосферу Земли с древних времён.
Такое же поле вполне может существовать и на других планетах, но для начала нам нужно изучить наше и его воздействие на нашу планету.
Если кто-то вам скажет, что он видит сквозь кожу, то этот кто-то — Патриот или Супермен. Ну или кто-то иже с ними. Но что, если я вам скажу, что медики могут заполучить подобную суперсилу в своё пользование? В Стэнфорде разработали экспериментальный метод, который делает органы в теле под кожей видимыми. Это важно для ряда медицинских задач, но трудно достижимо из-за очевидных ограничений, вроде непрозрачности кожи.
Методы преодолеть это существуют, например, при помощи ближнего инфракрасного диапазона и других методик. Тот же лазер может проникать в средние слои кожи, но в целом либо живые организмы не выдерживают подобных методик, поэтому они к ним не применяются, либо глубина проникновения взгляда слишком незначительна.
И тут на помощь пришла молекула обычного красителя. Секрет успеха кроется в оптике, а именно в том, как свет взаимодействует с различными биологическими тканями. Когда свет проникает в наше тело, он рассеивается из-за того, что различные вещества внутри нас имеют разные показатели преломления. Именно поэтому мы не можем видеть сквозь свою кожу.
Чтобы сделать ткани прозрачными, нужно каким-то образом уравнять эти показатели преломления. Красители вообще предназначены для того, чтобы поглощать свет определённых волн, но это же значит, что они могут быть использованы для коррекции прохождения света через ткани с разными показателями рассеивания. Краситель, который смог, — это тартразин.
Его молекулы в водном растворе работают как осцилляторы Лоренца. Когда раствор поглощается тканью, он как бы помогает уравнивать показатели преломления биологических жидкостей, жиров и белков. Ткани становятся прозрачными. Метод испытывали сначала на тонких срезах куриного мяса. При повышении концентрации раствора показатели преломления мышечных клеток совпали с показателем преломления, и ткань стала прозрачной.
Затем перешли к живым животным, нанося раствор на кожу головы мышей. Исследователи смогли наблюдать кровеносные сосуды головного мозга, а, нанеся на кожу живота, смогли увидеть сокращение кишечника, печень, мочевой пузырь и так далее. Эффект был временным и обратимым: если краситель смыть, ткань возвращалась к своей обычной непрозрачности, а избыток красителя выводился из организма естественным путём.
Более того, заявляется, что методика даже улучшила качество наблюдения через микроскоп, и это учёные ещё не вводили раствор внутрь при помощи инъекции. Кажется, что здесь довольно много прикладных применения: от более тщательного забора крови до помощи в удалении татуировок и ранней диагностики рака. Вот только для каждой ткани нужен тщательный подбор своего красителя. Но, несмотря на кажущуюся простоту, эта методика может открыть прямо целую новую область для медицинских исследований.
А вообще звучит как фантастика. Конечно, лучшей новостью предыдущего выпуска вы признали новость про то, что наши стволовые клетки в особой ситуации могут взять на себя функции макрофагов и начать поедать соседние умирающие клетки. Стволовые клетки в волосяных фолликулах получают сигналы, поступающие от погибающих клеток, и меняют режим своей деятельности с деления на фагоцитоз.
Таким образом, они помогают тканям избежать воспаления и аутоиммунных реакций, потому что профессиональные фагоциты в волосяных фолликулах присутствуют в слишком больших количествах, а процесс деградации фолликула и смерть клеток довольно быстрый. Учёные посчитали, что некоторые стволовые клетки съедали до шести своих соседей, и вопрос, насколько это хорошо или плохо, открыт.
Помимо пользы клеткам-каннибалам от дополнительных веществ, может наблюдаться и негатив для организма от того, что стволовые клетки не занимаются своим основным делом и не омолаживают ткани вокруг, что важно. Такой же механизм вполне может присутствовать в некоторых участках мозга, лёгких и молочных желез.
Ну что ж, а на этом на сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр! Напишите в комментариях, а на какие части тела вы бы нанесли зелье прозрачной кожи. Проголосовать за самую интересную новость выпуска можно, как обычно, в нашем Telegram канале, ссылочка будет в описании.
До скорых встреч!