Кадры посадки Perseverance. Новый способ регенерации мышц. Нескользкий лёд. Новости на QWERTY №161
[музыка] Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. Меня зовут Владимир, и прямо сейчас я собираюсь познакомить вас с самыми интересными новостями науки предыдущей недели.
Из этого ролика вы узнаете, как выглядела посадка марсохода Perseverance и первые фотографии с поверхности Марса; почему лед прекращает быть скользким; что нужно, чтобы восстанавливать большие участки мышц; как закрутить и мультиплексирование; чем окончательно подтвердили истинную причину гибели динозавров. Все подробности будут по ссылкам в описании.
Разумеется, лучшие новости прошлого ролика признали новость про высадку марсохода NASA Perseverance на Марс. Я должен посыпать голову пеплом, потому что уже на этапе монтажа добавил видео, представляющие собой панораму, сделанную Curiosity, и подписал, что это первый ролик Перси. Это было ошибкой, и многие очень точно подметили это в комментариях. Исправляемся и предлагаем вашему вниманию уже самые что ни на есть настоящие кадры, сделанные новой миссией.
Для начала несколько кадров, снятых камерами посадочной платформы джетпака из самовара "Вера". Во время семи минут ужаса здесь и выброс знаменитого парашюта с зашифрованным посланием, и отделение теплового щита, и панорама поверхности с высоты птичьего полета, и старт работы небесного крана, и уход в небо джетпака после посадки, чтобы он своими реактивными струями не запорошил Perseverance. А вот так неподдельно радуется команда NASA новому приключению принца Персии и "Пески времени".
[музыка] Получится порой и тогда еще один... А это уже панорама кратера "Озеро", сделанного инструментом Mastcam Z. И, кстати, Perseverance приземлился очень точно — примерно в полутора километрах от центра выбранного ранее участка. Его камеры могут различать объекты размером всего три миллиметра вблизи и размером 23 метра на дальних склонах холмов на горизонте.
А это первые фотографии, среди которых изображения камешков колесом ровера. Все их можно найти на сайте миссии. Там устроил удобный фильтр по многочисленным камерам и опциям изображений. Ну а впереди у Перси сложный этап калибровки инструментов и тестирования систем, и затем он сможет выйти на свой маршрут, чтобы собрать образцы пород, присмотреться к наличию следов органики и даже древней жизни; обследовать окрестности кратера "Озеро" и изучить дельту древней реки.
Каждую весну я заполняю очень простой чек-лист, состоящий всего из одного пункта: "Вернулся ли я?". Это зимой на льду, и, собственно говоря, его можно уже заполнить. Март. Ученые, да и не только ученые, считают, что лед скользкий, потому что на его поверхности образуется тонкая пленка воды. Она там действительно есть, причем смешанная с дробленым льдом, и такая вязкая кашица.
Ее толщина очень мала — несколько сотен нанометров. Причем образуется она не из-за повышенного давления, например, лезвием конька; его недостаточно для понижения температуры плавления. И даже нет тепла, выделяющегося при трении, ведь лед скользкий даже для стоящего на месте человека. Она образуется из-за того, что молекулы воды в поверхностном слое льда очень подвижны и потому что слабее связаны с окружающими их молекулами.
При этом есть диапазон оптимальных для скольжения температур — где-то минус 5, минус 10 градусов, а есть температурные границы, когда лед вдруг резко заявляет, что он передумал быть скользким совсем. Все плохо на -80: тогда коэффициент диффузии молекул в поверхностном слое льда сильно снижается, их подвижность уменьшается. И, как ни странно, ближе к нулю, то есть к температуре плавления, можно было бы подумать, что около нуля градусов слой воды становится слишком толстым.
Коэффициент трения увеличивается, и коньки не едут. Ан нет! Повышенное трение объясняется другими причинами. И сейчас мы расскажем, почему при нуле градусов катки так плохо скользят. Эксперименты проводились учеными при температурах от минус 120 до минус полутора градусов со следующими объектами: сфера 6 миллиметров в диаметре, сфера чуть менее миллиметра в диаметре и лезвие 5 миллиметров шириной.
При этом скорость скольжения этих объектов по льду была малой — менее половины миллиметра в секунду. Это нужно было, чтобы ликвидировать нагрев от трения. Лед даже при такой скорости все равно был скользким, но когда температура приближалась к нулю градусов, лед становился гораздо менее твердым, и объектам уже было сложно скользить. Они начинали вгрызаться в него, буквально "там, булевого льду", образующегося при этом.
Осколки льда еще более затрудняли. Для сферы это происходило уже при -20, для лезвия — при минус 8 градусов. То есть при повышении температуры пленка воды на поверхности льда влияет на скольжение гораздо меньше, чем форма скользящего объекта, его вес, а также твердость льда. И за понижение, когда лед деформируется и ломается — что это на все дает повод спросить у жителей Якутии: а скользкий ли у вас лед при -60 градусов?
Мышцы имеют регенерацию, но при значительных объемах потери, а так бывает при удалении опухоли или при серьезных травмах, им без помощи не обойтись. Самостоятельно они уже не смогут регенерировать. Существующие методики восстановления не идеальны: в основном нужно вырезать и пересадить кусочек мышц пациента, но это не гарантирует восстановление функции тканей. Удобнее пересаживать клетки-предшественники мышечной ткани.
Их можно получить из фибробластов, клеток соединительной ткани, путем прямого или программирования по специальным транскрипционным факторам. Но для этого нужно, чтобы клетки росли не хаотично, а строго упорядоченно, повторяя форму утерянного мускула. Существуют синтетические каркасы, которые помогают направлять клетки, но клетки не всегда понимают, что от них хотят, и плохо прикрепляются к горным синтетикам.
Логично, что следующий шаг — это создание гибридного каркаса, состоящего из синтетики, который легко придать нужную форму, и внеклеточного матрикса — естественного каркаса для мышечных клеток, который подскажет мышечным клеткам-предшественникам, куда и как нужно прикрепляться. Развитие этой идеи нашло воплощение в такой вот гибридной структуре.
Первый пункт — индуцированные мульти-потентные стволовые клетки ре-программируют в мышечные клетки-предшественники. Второй пункт — из обычной мышечной ткани свиньи удаляют 98 процентов мышечных клеток, получают чистый внеклеточный матрикс. Третий пункт — готовят пористые волокна из поликапролактон.
А здесь остановимся подробнее. И это и есть наша синтетика: трубочки из поликапролактон диаметром 50 микрометров с размещенными внутри них кристаллами соли высушивают. Но, так как кристаллы соли не совсем умещаются в утягивающихся трубочках, они их дырявят и образуют пары. Возвращаемся к нашей схеме. Четвертый пункт — из всех трех материалов собирают объемный билконструкт для роста скелетных мышц. Сначала замачивают синтетические волокна в растворе из внеклеточного матрикса, получая сращение синтетики и органики, а затем подсаживают на этот каркас мышечные клетки-предшественники.
Важно, что в опытах гибридный каркас не оторвался при пересадке его живым мышам. Далее ученые попытались пересадить гибридный биоконструкт с мышечными клетками-предшественниками на место, удаленных трех четвертей мышиного квадрицепса. И вы знаете, зачем он нужен: если вы приседаете.
Само собой, такая травма, кстати, не зарастает. Через десять недель на месте хирургического вмешательства образовались нормально и мышечные волокна, причем с иннервацией и сосудами, чего не произошло в контрольной группе мышей с гибридным каркасом без клеток. У них просто нарастал жир, и в группе с клетками, но размещенными на геле вместо гибридного каркаса.
Очень важно, что, внушая, также восстановилась и двигательная функция. Они снова начали нормально ходить и выполнять упражнения. То есть Био-инженерные мышцы заместили полноценно утраченные натуральные мышцы, раскрывая новый горизонт регенерации. При всем при этом нужны дальнейшие исследования, потому что секрет Дэдпула все еще не раскрыт.
Сразу поясню, что интересного в следующей новости: механизм, который в ней описывается, поможет ускорить передачу данных при помощи лазеров и отказаться от прокладки кабелей на большие дистанции. И он лишь совсем чуть-чуть похож на клик-башню семафоры из "Держи марку" Терри Пратчетта.
Работа это примерно так: антенны, выглядящие как концентрические круги диаметром не больше человеческого волоса, испускают дискретные закрученные лазерные лучи. Да, луч света вполне можно закрутить, это делалось ранее неоднократно! Особенность же этой работы в том, что такие антенны выпускают сразу три закрученных лазерных луча, которые вставлены друг в друга, как матрешки! Это первый пример мультиплексирования световых волн с высокими квантовыми числами — об этом чуть позже.
Эта технология может решить проблему нехватки каналов связи в будущем, когда информации станет совсем чересчур много. И хотя мне иногда кажется, что больше уже некуда, под руку обязательно попадаются фантасты, которые рассказывают, что вскоре нас ждут рекламные ролики буквально на каждой доступной поверхности: салфетки, кружки, заборы. Но суть не в этом.
Для нужд передачи информации мы используем такие показатели, как частота и поляризация электромагнитных волн; однако помимо этого есть еще и орбитальный угловой момент. Представьте себе его в виде торнадо или водоворота. Что важно — у него практически неограниченное количество степеней свободы, чего нельзя сказать о той же частоте волн.
Например, чтобы получить такое световой торнадо, нужно воспользоваться квантовым эффектом Холла. Тогда фотоны начинают отклоняться от своей первоначальной траектории и создают волну с орбитальным угловым моментом, если их пропускать через перпендикулярное магнитное поле. Причем размер колец торнадо будет задан заранее, потому что для квантового эффекта Холла характерны вот такие плата, как на этом графике, соответствующие определенным числам.
В нашем примере это были спирали с числами 100, 156 и 276. Интересно, что закрученные лазерные лучи оставляют на поверхности вот такие кольцевые следы. Осталось добавить, что антенна сделана из галина, индия, фосфора и мышьяка, нанесенных на магнитную подложку. Вот так можно разместить в одном пучке света сразу несколько закрученных каналов передачи информации и приблизить руки 16 к видео прямо на стаканчики для кофе с собой.
И совсем кратко о том, что рассказала нам пыль из десяти километрового астероида, который стер с лица Земли динозавров 66 миллионов лет назад, вероломно упав на полуостров Юкатан, образовав знаменитый кратер Чиксулуб. Сомнений по поводу этого события так и не оставалось, но сейчас вбит самый последний гвоздь в раму исторической картины. Эта пыль закрыла последние пробелы в знаниях ученых по этому поводу.
Международная команда ученых проанализировала состав и химические сигнатуры метеоритной пыли, взятый из кернов глубиной до километра, пробуренных прямо в кратере вместе с его центрального пика. И они совпали составом слоя пыли, покрывшего Землю тонким слоем как раз во время исчезновения динозавров. В ней была аномально много внеземного иридия, и, наконец, такой же иридий был обнаружен в камне, добытом из кратера Чиксулуб в 2016 году.
Это подтвердили сразу четыре лаборатории: Японии, США, Австрии и Бельгии. Самая большая концентрация иридия была вот в этом 5-сантиметровом участке каменного керна. Бурить кратер будут и дальше в надежде найти больше астероидного материала. И, кстати, судя по всему, все мел-палеогеновое вымирание заняло всего около 20 лет.
Ну что ж, а на этом сегодня все. Большое спасибо вам за просмотр! Переходите в наш паблик ВКонтакте, в нем мы оперативно публикуем самые интересные новости, а за лучшую новость этого выпуска можно проголосовать в нашем Telegram-канале! Не забудьте подписаться на QWERTY и здесь, на Ютубе, и заодно в Instagram. Щелкните, пожалуйста, колокольчик, и до скорых встреч! Пока! [музыка] Вот.