Рубрика: Наука

Міжнародна група вчених з’ясувала, що найстаріша скандинавська скельна порода зародилася у Гренландії. Данія, Швеція, Норвегія та Фінляндія спочивають на частині земної кори, яку називають Балтійським щитом. Щоб більше дізнатися про його походження, вчені з університетів Копенгагена (Данія) та Західної Австралії вивчили кристали циркону з річкового піску та гірських порід Фінляндії. Про свої висновки вони розповіли у журналі Geology.

Дослідники прийшли до висновку, що за декількома параметрами хімічні сліди кристалів збігаються з такими у деяких порід, які знайшли в Північноатлантичному кратоні Західної Гренландії — одному з найдавніших у світі. Виявлені ознаки вказують на те, що фінські гірські породи набагато старші за всіх тих, які до того виявляли в Скандинавії. Але при цьому вони відповідають віку зразків, здобутих у Гренландії — приблизно 3,75 мільярда років.

Геологи припустили, що Балтійський щит відокремився від Гренландії і дрейфував протягом сотень мільйонів років, поки не зупинився там, де зараз знаходиться Фінляндія. Там плита росла і накопичувала новий геологічний матеріал, доки перетворилася на район Скандинавії. До речі, у ті далекі часи, як вважають учені, Земля могла бути схожа на водний світ, а її атмосфері був кисню.

«Розуміння того, як утворилися континенти, допомагає зрозуміти, чому наша планета єдина в Сонячній системі, на якій є життя. Адже якби на ній не було рухливих гранітних континентів і рідкої води, і нас би не було. Тому що материки впливають і на океанічний перебіг, і на клімат, тобто на вирішальні чинники життя на планеті», — сказав перший автор дослідження Андреас Петерссон з Університету Копенгагена.

Робота вчених допомогла скоригувати дані про минуле Землі. Найбільш поширені моделі припускають, що континентальна кора нашої планети почала формуватися, коли з’явилася остання, тобто приблизно 4,6 мільярда років тому. Нове дослідження показало, що континенти, мабуть, сформувалися лише мільярд років після появи Землі. Про це свідчать і деякі інші наукові роботи, автори яких вивчали частинки земної кори з інших частин світу.

Так, наприклад, в Австралії, Південній Африці та Індії виявили схожі частинки породи, але вчені не впевнені, походять вони всі з одного місця і виникли незалежно один від одного. Щоб з’ясувати це, потрібні додаткові дослідження.

Що спричиняє старіння нашого тіла? Чотири взаємодоповнюючі дослідження, в тому числі одне з Northwestern Medicine, дійшли одного висновку: довгі гени. У новій статті вчені пишуть про свої відкриття та про те, як вони вдосконалюють наявні знання про старіння.

«Довгі гени, які з віком стають менш активними, можуть бути основною причиною старіння нашого тіла», — сказав автор-кореспондент Томас Стогер, доцент кафедри легеневої та інтенсивної терапії в медичній школі Фейнберга Північно-Західного університету та член Інститут довголіття Potocsnak. «Наше відкриття просуває цю галузь, визначаючи єдине явище, яке об’єднує більшість наявних знань про старіння та робить це основне явище вимірюваним».

Довжина генів і біологічне старіння

Стаття, яка висвітлює спільні висновки чотирьох міжнародних дослідницьких груп, була опублікована в Trends in Genetics 21 березня. Групи першими прийшли до висновку, що більшість аспектів біологічного старіння пов’язані з довжиною генів.

Умови, які, як відомо, прискорюють старіння, знижують активність довгих генів. Це включає куріння, алкоголь, окислювальний стрес та УФ-опромінення. Умови, які, як відомо, сповільнюють старіння, збільшують активність довгих генів, таких як обмеження калорійності. Крім того, гени, які є дуже короткими або дуже довгими, кодують клітинні процеси, які, як відомо, змінюються зі старінням, такі як утворення клітинної енергії, синтез білка та передача нейронних сигналів.

Зв’язок між довгими генами та старінням

«Регуляція генів є одним із найважливіших процесів життя, і наші чотири дослідження пояснюють, чому активність довгих генів особливо змінюється зі старінням», — сказав Стогер. «На додаток до старіння, ми показали, що те ж саме спостерігається у пацієнтів з хворобою Альцгеймера , захворюванням, пов’язаним з віком. Наші висновки допомагають нам переосмислити причини нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера. Оскільки гени з нейронними функціями є надзвичайно довгими, ми припускаємо, що знижена активність клітин з довгими генами не здатна виробляти достатню кількість біоматеріалів для належної підтримки нервової функції».

Тригером старіння є фізичне явище, пов’язане з довжиною генів, а не з конкретними залученими генами або функцією цих генів, повідомляють вчені. Початкові висновки були засновані на суміші молекулярних даних від людей, мишей, щурів, морських риб, C. elegans, D. melanogaster та експериментів на мишах. Раніше наукові дослідження намагалися визначити конкретні гени, відповідальні за старіння. Цей новий погляд відрізняється від переважаючих біологічних підходів, які вивчають вплив окремих генів.

Пошкодження ДНК і старіння

Довгі гени просто мають більше потенційних місць, які можуть бути пошкоджені. Вчені порівнюють це з подорожжю — чим довша подорож, тим більша ймовірність, що щось піде не так. І оскільки фізіологічна роль деяких типів клітин залежить від генів, які є довшими, ніж гени інших типів клітин, деякі типи клітин, швидше за все, постраждають від пошкодження ДНК , яке накопичується з віком. Під час старіння гени пошкоджуються, оскільки ланцюги ДНК, які містять гени, розриваються. Це не дозволяє клітинам зчитувати інформацію та активувати інформацію, що міститься в гені. Чим довший ген, тим імовірніше, що принаймні одна ділянка пошкодження ДНК існує і зупиняє активацію гена.

Оскільки відомо, що нервові клітини залежать від особливо довгих генів і повільно діляться або не діляться, вони особливо чутливі до цього явища. Багато генів, пов’язаних із втратою мозку під час старіння та пов’язаних із хворобою Альцгеймера, надзвичайно довгі. Пацієнти з онкологічними захворюваннями у дітей, яких вилікували за допомогою хіміотерапії, що пошкоджує ДНК, згодом страждають від передчасного старіння, включаючи нейродегенерацію.

Фізик Рон Маллетт оголосив про створення передового математичного рівняння, що відкриває шлях до подорожей у часі. Ця ідея, раніше вважана частиною наукової фантастики, тепер знаходить шлях до реальності. Після смерті свого батька в юності, Маллетт знайшов втіху в науковій літературі, зокрема в роботах Герберта Уеллса, як «Машина часу», що надихнуло його досліджувати можливості здійснення часових подорожей.

Виходячи з вивчення чорних дір і теорій відносності Альберта Ейнштейна, Маллетт прийшов до висновку, що створення часових циклів можливе через використання гравітаційного впливу чорних дір. Його концепція передбачає використання лазерного кільця для створення ефекту, що спотворює простір і час, подібно до чорної діри.

Незважаючи на ряд викликів, включаючи потребу в «енергії на галактичному масштабі» та обмеження сучасних технологій, професор залишається оптимістичним щодо реалізації своєї теорії. Втім, він вказує, що машина часу зможе надсилати інформацію у минуле тільки після її активації, обмежуючи можливість подорожей у часі до моменту її створення.

Ключовим елементом теорії Маллетта є ідея просторово-часового континууму, що об’єднує просторові і часові виміри в один чотиривимірний простір. Це змінює наше уявлення про реальність.

Дослідження простору-часу додатково підкріплене виявленням гравітаційних хвиль, демонструючи динамічну природу Всесвіту і відкриваючи нові можливості для спостереження космічних подій, недоступних раніше. Джерело

Дослідники Університету Ватерлоо поєднують концепції, удостоєні Нобелівської премії, щоб досягти наукового прориву. Дослідники з Інституту квантових обчислень Університету Ватерлоо (IQC) об’єднали дві науково-дослідницькі концепції, удостоєні Нобелівської премії, для розвитку квантової комунікації. Тепер вчені можуть ефективно створювати майже ідеальні заплутані фотонні пари з джерел квантових точок.

Заплутані фотони — це частинки світла, які залишаються зв’язаними навіть на великих відстанях, і Нобелівська премія з фізики 2022 року відзначила експерименти на цю тему. Поєднуючи заплутаність із квантовими точками, технологію, визнану Нобелівською премією з хімії у 2023 році, дослідницька група IQC мала на меті оптимізувати процес створення заплутаних фотонів, які мають широкий спектр застосувань, включаючи безпечний зв’язок.

Підвищення квантової ефективності та заплутаності

«Поєднання високого ступеня заплутаності та високої ефективності необхідне для захоплюючих додатків, таких як квантовий розподіл ключів або квантові повторювачі, які, як передбачається, розширюють відстань безпечного квантового зв’язку до глобального масштабу або з’єднують віддалені квантові комп’ютери», — сказав доктор. Майкл Реймер, професор IQC і кафедри електротехніки та комп’ютерної інженерії Ватерлоо. «Попередні експерименти вимірювали лише майже ідеальне заплутування або високу ефективність, але ми перші, хто досяг обох вимог за допомогою квантової точки».

Вбудувавши напівпровідникові квантові точки в нанопровід, дослідники створили джерело, яке створює майже ідеальні заплутані фотони в 65 разів ефективніше, ніж попередні роботи. Це нове джерело, розроблене у співпраці з Національною дослідницькою радою Канади в Оттаві, може збуджуватися за допомогою лазерів для створення заплутаних пар за командою. Потім дослідники використали однофотонні детектори високої роздільної здатності, надані компанією Single Quantum у Нідерландах, щоб збільшити ступінь заплутаності.

Подолання історичних викликів і майбутні застосування

«Історично системи квантових точок страждали від проблеми, яка називається розщепленням тонкої структури, яка змушує заплутаний стан коливатися з часом. Це означало, що вимірювання, проведені за допомогою повільної системи виявлення, не дадуть можливості виміряти заплутаність», — сказав Маттео Пеннаккієтті, аспірант кафедри електротехніки та комп’ютерної інженерії IQC і Ватерлоо. «Ми подолали це, поєднавши наші квантові точки з дуже швидкою та точною системою виявлення. По суті, ми можемо взяти часову позначку того, як виглядає заплутаний стан у кожній точці під час коливань, і саме там ми маємо ідеальне заплутання».

Щоб продемонструвати майбутні комунікаційні програми, Реймер і Пеннаккіетті працювали з доктором Норбертом Люткенхаусом і доктором Томасом Єнневайном, членами факультету IQC і професорами кафедри фізики та астрономії Ватерлоо, а також їхніми командами. Використовуючи нове джерело сплутаності квантових точок, дослідники змоделювали метод безпечного зв’язку, відомий як квантовий розподіл ключів, довівши, що джерело квантових точок має значні перспективи в майбутньому безпечного квантового зв’язку.

У жовтні 2024 року NASA планує відправити до супутника Юпітера Європі космічний апарат, щоб дізнатися, чи володіє юпітеріанський місяць умовами, придатними для життя. Однак зонд нестиме науковий інструмент, який, як показали автори нового дослідження, здатний виявити відому нам форму життя, якщо воно, звичайно, там є. Прилад може знаходити бактеріальну клітину або її фрагменти у крихтах льоду, які вибиваються в космос при ударах мікрометеоритів. Інакше кажучи, цей науковий прилад — надія у пошуку позаземного життя на крижаних супутниках.

Європа – четвертий за розміром супутник Юпітера. Вважається, що поверхня цього місяця повністю нежива: атмосферний тиск там становить лише одну трильйонну частину земного, а середня температура — мінус 160 градусів Цельсія.

Однак за десятки років спостережень астрономи встановили, що цей місяць вкритий крижаною корою льоду завтовшки не менше 20 кілометрів, під якою ховається солоний рідкий океан. Його глибину дослідники оцінили у 100 кілометрів, а загальний об’єм води — удвічі більший, ніж у всіх океанах Землі. Тільки невідомо, чи є в ньому хімічні речовини, необхідні для розвитку живих організмів. 

Щоб з’ясувати, чи має Європа умови, придатні для життя, NASA збирається запустити до неї космічну станцію Europa Clipper, яка вивчатиме супутник з відстані. Апарат відправлять на витягнуту, «петляючу» орбіту навколо Юпітера, завдяки чому зонд зможе часто зближуватися з юпітеріанським місяцем — 44-49 близьких обльотів. Запуск Europa Clipper запланований на жовтень 2024 року, а прибуття до Європи — на квітень 2030-го. Планується, що зонд досліджуватиме супутник 109 днів.

На автоматичну станцію інженери вже встановили усі наукові інструменти. Усього їх дев’ять. Вони проводитимуть картографування поверхні Європи, вивчатимуть крижану оболонку, підповерхневий океан, водяну пару (гейзери), крізь лід, що проривається, а також розріджену атмосферу, що складається переважно з пилу та продуктів радіолізу частинок льоду, які вибиваються в космос при ударах мікрометеоритів.

Усі прилади розробляли лише з однією метою — допомогти вченим зрозуміти, що за умови існують на Європі і чи вони підходять для розвитку життя. Тобто «наукова начинка» Europa Clipper не передбачала сам пошук позаземних живих організмів. 

Але група інженерів зі США та Німеччини під керівництвом Френка Постберга (Frank Postberg) із Вільного університету Берліна зробила несподіване відкриття. Вчені виявили, що один з інструментів зонда, над яким вони працювали, — аналізатор поверхневого пилу Surface Dust Analyzer (SUDA), — може знаходити бактеріальні клітини та їх фрагменти (ДНК, РНК, цитоплазматична мембрана), які потенційно вказують на присутність життя. Прилад здатний шукати такі сліди в окремих частинках льоду, викинутих із поверхні. Результати роботи опубліковані в журналі Science Advances.

Прилад SUDA — мас-спектрометр, який вивчатиме склад малих твердих частинок, що викидаються з надр Європи як після удару мікрометеоритів, так і гейзерами. Постберг та його колеги випробували інструмент у вакуумній камері, щоб більше дізнатися про його можливості. 

За допомогою експериментальної установки дослідники посилали у вакуумі тонкий струмінь рідкої води з високою кінетичною енергією, де вона ударялася об SUDA і розпадалася на краплі. Попередньо у воду вчені помістили зразки бактерії Sphingopyxis alaskensis, що мешкає у водах Аляски. Ці бактерії можуть виживати в холодному середовищі та при обмеженій кількості поживних речовин, що робить їх найкращим кандидатом на роль позаземного життя, яке може існувати на крижаних супутниках Сатурна або Юпітера.

Коли нейтронна зірка висмоктує матеріал із близького подвійного супутника, нестабільне термоядерне горіння цього накопиченого матеріалу може спричинити шалений вибух, який посилає рентгенівське випромінювання по всьому Всесвіту. Як саме ці потужні виверження розвиваються і поширюються поверхнею нейтронної зірки, залишається загадкою. Але, намагаючись відтворити спостережувані рентгенівські спалахи за допомогою моделювання, вчені дізнаються більше про їхні переваги та недоліки, а також про надщільні нейтронні зірки, які їх породжують.

«Ми можемо побачити, як ці події відбуваються в більш дрібних деталях за допомогою симуляції», — говорить обчислювальний астрофізик Майкл Зінгейл з Університету штату Нью-Йорк у Стоуні-Брук.

«Одна з речей, яку ми хочемо зробити, це зрозуміти властивості нейтронної зірки, тому що ми хочемо зрозуміти, як матерія поводиться при екстремальних густинах, які можна знайти в нейтронній зірці».

Нейтронні зірки є одними з найщільніших об’єктів у Всесвіті. Це те, що залишилося після того, як масивна зірка віджила своє життя, закінчилося паливо та вибухнула надновою. Однак поки зовнішній матеріал вилітає в космос, ядро ​​зірки руйнується під дією сили тяжіння, утворюючи надщільну кулю діаметром близько 20 кілометрів (12 миль), вміщуючи в цю крихітну сферу масу приблизно 2,3 Сонця.

Очікується , що матерія, яка роздавлена ​​так щільно, буде, м’яко кажучи, трохи дивною. Але вчені можуть досліджувати їхні термоядерні спалахи, щоб накласти обмеження на їхній розмір, що, у свою чергу, може допомогти змоделювати їх інтер’єр.

З кількох причин (відстань, небезпека тощо) ми не можемо підійти до нейтронної зірки, щоб уважніше розглянути її, але ми можемо зібрати всю необхідну інформацію про рентгенівське випромінювання нейтронної зірки. сплески, і спробуйте скласти симуляцію, результати якої відповідають даним спостережень.

Це звучить просто, але фізика нейтронних зірок справді складна; моделювання їх поведінки потребує великої обчислювальної потужності. У попередній роботі дослідники використовували суперкомп’ютер Summit в Національній лабораторії Ок-Ріджа для моделювання термоядерного полум’я у двох вимірах. Тепер вони продовжили цю роботу та розширили свої симуляції до третього виміру.

«Велика мета завжди полягає в тому, щоб пов’язати моделювання цих подій із тим, що ми спостерігали», — пояснює Зінгейл. «Ми прагнемо зрозуміти, як виглядає зірка, що лежить в основі, і дослідити, що ці моделі можуть робити в різних вимірах, є життєво важливим».

Модель тривимірної нейтронної зірки мала температуру в кілька мільйонів разів вище, ніж Сонце, і швидкість обертання 1000 обертів на секунду, що досить близько до теоретичної верхньої межі швидкості обертання нейтронної зірки. Потім вони змоделювали ранню еволюцію термоядерного полум’я.

Хоча полум’я у 2D-симуляції поширювалося трохи швидше, ніж у 3D-версії, тенденції зростання в обох моделях були дуже схожими. Ця угода означає, що двовимірне моделювання залишається хорошим інструментом для вивчення цих неспокійних вибухів, але все ще є деякі речі, які воно не може зробити. Наприклад, турбулентність поводиться по-різному в двох і трьох вимірах; але можливість використання 2D-симулятора для тих частин, які він може виконувати, звільнить обчислювальну потужність для інших речей, як-от підвищення точності запису.

Маючи цю інформацію під рукою, симуляції можна запустити, щоб отримати реальне розуміння того, як нейтронні зірки влаштовують свої величезні істерики.

«Ми близькі до моделювання поширення полум’я по всій зірці від полюса до полюса», — каже Зінгейл. «Це захоплююче». Дослідження опубліковано в The Astrophysical Journal.