Гравитационное предсказание землетрясений и иммунный кворум макрофагов. Главное на QWERTY №115
[музыка] Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал Qwerty, а меня зовут Владимир. Мы представляем вам выпуск самых интересных новостей науки прошедшей недели. И в этом ролике подробности про квантово запутанную память, молекулярный кислород за пределами нашей галактики, иммунный кворум макрофагов, роботы из саранчи, ранее предсказание землетрясений.
Лучшая новость прошлого ролика, по вашему мнению, - эта новость про квантовую запутанность памяти. И да, там действительно всё было запутано! Предыдущий ролик доступен при щелчке по подсказке. А мы поговорим о значении этого эксперимента.
Квантовая запутанность - это дистанционная связь квантовых частиц, при которой их свойства или состояния оказываются взаимозависимыми. Запутали два фотона, получили состояние 1. Ага, спиральность положительная, значит, у второго оно обязательно будет отрицательной. Основное значение эксперимента с запутанной памятью на целых пятьдесят километров в том, что расстояние, на котором удалось запутать объекта, через оптоволокно, теперь значительно увеличилось. Это масштабы города!
К тому же, повысилась техническая сложность. Если ранее квантовая запутанность пар фотонов достигалась и на больших расстояниях, и через оптоволокно, и через пустое пространство, то были успехи с передачей на спутник за 1200 километров. То сейчас добавляется сложнейшая структура в виде квантовой памяти, а это сотни миллионов атомов. При этом, учёные отметили, что запутанность атомарного фотона гораздо более подходит для такого сеттинга, чем запутанность фотона, при условии, что атомы представляют собой узлы в сети и добавляют надежности и эффективности, а фотоны являются переносчиками сообщений.
Да что там говорить! Физики из Ганновера сейчас работают даже с квантовой нейросетью. Вместо обычных перцептивных базовых элементов любой нейросети используются квантовые. Для их реализации использовались унитарные операции преобразования состояния кубитов. Обучение производилось на квантовых данных, и результаты предсказаний были обнадеживающими даже при шумах в исходных данных. Потенциально, это может дать многократный прирост к ускорению обучения глубоких нейросетей. Подробности в зубодробительной статье, код на Гитхабе, ссылки в описании.
Первые астрономы обнаружили молекулярный кислород за пределами нашей галактики. Естественно, он был там ранее, но надежные доказательства были получены только сейчас. Молекулярный кислород крайне активный, чуть что, и он реагирует со всем подряд. Поэтому во вселенной в основном находится в атомарном состоянии, то есть в виде О2. Линии атомарного кислорода встречаются у многих объектов во вселенной. При этом кислород - третий по распространенности элемент, а вот молекулярного... ну, почти нет. Внутри Млечного Пути молекулярный кислород встречается мало где.
Одна из локаций – это туманность Ориона, и даже там его раз в сто меньше, чем предсказывали теоретики. И вот впервые это вещество было найдено за пределами Млечного Пути в галактике Маркарян 231, 580 миллионов световых лет от нас. Эта активная галактика с квазаром в центре, причем этот квазар ближайший к нам, звезды образования в этой галактике в сто раз сильнее, чем в нашей зоне.
Обнаружение молекулярного кислорода произошло внутри области звездообразования, но на удалении в 33 тысячи световых лет от центра. Движутся эти потоки вещества со скоростью 450 километров в секунду. Учёные считают, что их возникновение, то есть возникновение молекулярного кислорода, может происходить по той же схеме, что и в туманности Ориона.
То есть быстрые потоки вещества из квазара в сочетании с ударными волнами внутри этих потоков просто не дают молекулярному кислороду прикрепиться к мелким по линкам и вступить во взаимодействие. По этому кислороду ничего не остается, как возвратиться в газообразное состояние. Чем нам может помочь обнаружение молекулярного кислорода? В изучении потоков вещества, истекающих из активных центров галактик.
Бывает, что мы консультируемся со своими близкими перед принятием важного решения, и оказывается, примерно так же поступают и макрофаги. И это ранее недокументированное свойство нашей иммунной системы. Макрофаги - это первая линия иммунной обороны. Это клетки, которые умеют захватывать и уничтожать патогены, будь то вредные бактерии, остатки погибших клеток или какие-то посторонние элементы. Когда они вступают в бой на обширных участках тканей, это воспринимается нами как воспаление. Но макрофаги - индивидуальные бойцы иммунной системы, децентрализованы.
Учёные выяснили, что массированная атака макрофагов - это не только результат активации иммунной системы, но и результат подсчета макрофагами самих себя, результат получения сбора кворума. Так бывает у бактерий, когда при превышении определенной их концентрации они выходят из одиночного режима и совместно начинают творить какое-то непотребство, например, образовывать опасные биопленки.
Макрофаги при выполнении своих обязанностей сканируют пространство в поисках полисахаридов, элементов бактериальной клеточной стенки. Когда вещество обнаруживается, макрофаг переходит в состояние боевой готовности. Но готовность не означает атаку. Следующее, что делают макрофаги, это опрашивают своих коллег и подсчитывают, сколько из них переходят в активную фазу, а сколько лениво фиксируют бактериальную угрозу.
И при достижении кворума некоторые из них меняют мирный флаг на униформу солдата. Вы спросите, а почему только некоторые? А потому что при превышении силы иммунного ответа человек может получить такие опасные вещи, как септический шок. Точно так же, как при недостаточной реакции, возможно, смерть от инфекции. Нужен баланс. Маркером для макрофагов служит фактор TNF - фактор некроза опухоли. Накопили достаточно - ринулись в бой! А накопление как раз зависит от численности уже активированных иммунных клеток, от кворума.
Регуляция в такой ситуации очень точная, а ложный иммунный ответ маловероятен. Такие эксперименты могут привести к созданию клеток с заранее заданными терапевтическими функциями, например, активации в строго заданном месте, например, в раковой опухоли. Если вероятность, что в будущем агенты спецслужб при проверке объектов на наличие взрывчатых веществ будут прогуливаться не с натренированными собаками, а с клеточками из саранчи.
И нет, я не обчитался чай на мебели! Учёные из США помогли саранче стать живыми анализаторами. Именно саранчу выбрали, потому что её обонятельная система хорошо изучена. Усики саранчи содержат тысячи обонятельных рецепторов, передающих сигналы в обонятельный отдел мозга. Оттуда их можно считать вживую, в электроды, а затем передать на основное устройство по воздуху. К таким хирургическим вмешательствам саранча относится терпимо.
К тому же саранча реагирует по-разному на разные запахи, включая запахи тринитротолуола или тротила и подобных ему веществ. На каждый запах картина активации нейронов менялась, что позволяло мгновенно регистрировать наличие опасных веществ. Скорость распознавания – меньше секунды. Жук и компьютер сотрудника госбезопасности видит все запахи в реальном времени. Одной единицы скачущего бил робота хватало на 7 часов использования, после этого она умирала от переутомления или, может быть, от голода.
А вот если её обездвижить, то поместить в радиоуправляемую тележку, толсто саранча держится гораздо дольше. Дополнительным бонусом выяснилось, что кроме самого наличия запаха также можно измерять и концентрацию взрывчатого вещества. А если сделать сеть из нескольких насекомых, то можно даже строить карту распространения запаха, то есть понимать, откуда ветер дует! С помощью мудрости роя достаточно забавно. Саранчо, чудо-идея для стартапа!
Молния раз-два-три, гром. Веками люди высчитывают расстояние до эпицентра грозы по задержке между вспышкой и звуком. Свет в воздухе распространяется гораздо быстрее, чем звук: 300 миллионов метров в секунду против 340 метров в секунду. Так вот, землетрясения точно также испускают два вида сигналов: одни со скоростью света, и их можно зафиксировать задолго до второго вида, более медленных сейсмо-волн, движущихся со скоростью порядка 8000 метров в секунду.
Эти быстрые сигналы – не вспышки, а изменение в гравитации из-за смещения масс внутри планеты. Их называют PEX - быстрые и last гравитационные сигналы. И сравнительно недавно учёные научились их регистрировать. А это значит, что такие сигналы могут предупредить о разрушительном землетрясении или гигантском цунами задолго до их пришествия. Проблема в том, что величина этих сигналов микроскопическая – всего миллиардная доля обычной гравитации. Поэтому засечь их можно только для самых крупных землетрясений.
К тому же они исходят не только из эпицентра, но и генерируется сейсмо-волн во время их продвижения. Механизм очень прост: во время землетрясения и во время прохождения сдвигаются горные породы, а это меняет распределение масс, из-за чего мгновенно меняется гравитация в локальной точке. Весьма волны также вызывают изменения плотности пород, что влияет на гравитацию на короткое время. В общем, это выглядит как пульсация гравитации, осцилляций асинхронно землетрясением. А это порождает вторичные сейсмо-волн, доходящие до поверхности даже раньше основных.
Интегрируя измерения всех этих эффектов и используя сложные алгоритмы, учёные могут настроить предсказание землетрясения задолго до их появления, а также их развитие. Но пока что они научились только фиксировать такие быстрые сигналы, что в общем-то и само по себе неплохо. Ну что ж, а на этом сегодня всё.
Большое спасибо вам за просмотр! Оставляйте своё мнение в комментариях, ставьте лайк этому видео и делитесь им со своими друзьями. Проголосовать за самую интересную новость выпуска можно при щелчке по подсказке. И не забудьте подписаться на Qwerty здесь, на Ютубе, в Инстаграме и Телеграме. До скорых встреч! Пока! [музыка] Я объехала вот! [музыка]