Goodtech

Метка: Наука та космос

  • Спиногризи: вчені створили ембріони з клітин людської шкіри

    Спиногризи: вчені створили ембріони з клітин людської шкіри

    Американські дослідники створили людські яйцеклітини у лабораторних умовах, а потім за допомогою екстракорпорального запліднення (ЕКЗ) перетворили їх на ембріони.

    Для створення яйцеклітин використовувався той самий процес, що й для клонування вівці Доллі свого часу. Хоча сам метод ще далекий від клінічних випробувань, колись він може прокласти шлях до нових способів лікування безпліддя .

    “Крім того, що цей метод дає надію мільйонам людей з безпліддям через відсутність яйцеклітин або сперми, він також дасть можливість одностатевим парам мати дитину, генетично споріднену обом партнерам”, — зазначає співавторка дослідження, професорка акушерства та гінекології Медичній школі Університету охорони здоров’я та науки штату Орегон, Паула Амато. 

    Процес створення яйцеклітини включав видалення ядра з наявної людської яйцеклітини та заміну його ядром з клітини людської шкіри. Цей перший етап називається переносенням ядра соматичної клітини. Він використовувався для клонування багатьох тварин, включно із вівцею Доллі.

    Дослідники прагнули створити функціональну яйцеклітину, а не клон. Яйцеклітини містять половину хромосом, як у всіх інших не статевих клітин в організмі. Під час запліднення 23 хромосоми яйцеклітини об’єднуються з 23 хромосомами сперматозоїда. В результаті цього загальна кількість хромосом сягає 46.

    Щоб змусити створені яйцеклітини позбавитись половини хромосом, дослідники застосували електричні імпульси та препарат росковітін, який впливає на ферменти, що регулюють клітинний цикл — процес ділення. За результатами експерименту було отримано 82 яйцеклітини, які запліднили спермою внаслідок екстракорпорального запліднення .

    Однак подібний етап запліднення поки не є абсолютно безпечним. Лише близько 9% доходять до стадії бластоцисти. На цьому етапі яйцеклітина ділиться, утворюючи порожню сферу з клітин, яку можна ввести у матку за допомогою ЕКЗ.

    Більшість запліднених яйцеклітин не дійшли до стадії бластоцисти і ділились стільки разів, скільки було необхідно, щоб утворити від чотирьох до 8 клітин. На думку авторів дослідження, повільний розвиток бластоцисти, ймовірно, обумовлений хромосомними аномаліями, які зупиняли подальше ділення запліднених яйцеклітин, а також тим, що перенесені з клітин шкіри гени не були успішно перепрограмовані для підтримки ембріонального розвитку. Простіше кажучи, гени продовжували діяти наче все ще перебували у клітинах шкіри, а не у клітинах, які формуються на ранніх стадіях розвитку.

    Жодна з яйцеклітин, які досягли стадії бластоцисти, не піддалась подальшому розвитку. Оскільки вони також містили хромосомні аномалії, малоймовірно, що вони були б придатні для використання у ЕКЗ. Серед зазначених аномалій була як завелика, так і замала кількість хромосом, хоча у середньому їх було 46. Деякі яйцеклітини містили кілька копій однієї хромосоми, а у деяких — взагалі були відсутні певні хромосоми.

    Поки що фахівці визнали технологію занадто неефективною та пов’язаною із високими ризиками для негайного застосування у клінічній практиці. Самі автори дослідження підкреслюють, що на даному етапі результати виступають лише доказом самої концепції. Необхідні подальші дослідження для підтвердження ефективності та безпечності.

    Дослідники планують зосередитись на тому, як найкраще забезпечити ділення та подальше подвоєння хромосом у яйцеклітині. Науковці прагнуть якомога точніше відтворити процеси, які протікають під час реальної вагітності , щоб необхідні хромосоми спочатку відпадали під час ділення, а після правильно з’єднувались з новими хромосомами під час запліднення.

    Результати дослідження опубліковані у журналі Nature

    Джерело: LiveScience

    https://itc.ua/ua/novini/spynogryzy-vcheni-stvoryly-embriony-z-klityn-lyudskoyi-shkiry/

  • Чумацький Шлях сколихнула велетенська хвиля невідомого походження, — заява ESA

    Чумацький Шлях сколихнула велетенська хвиля невідомого походження, — заява ESA

    Дані космічної обсерваторії Gaia Європейського космічного агентства (ESA) засвідчили, що галактикою Чумацький Шлях суне велетенська хвиля невідомого походження , зміщуючи мільярди зірок.

    Галактична хвиля була помічена у картографічних даних Gaia. Телескоп із високою точністю відстежував положення та схеми руху мільйонів зірок до виведення з експлуатації на початку цього року.

    Подібно брижам у ставку, ця хвиля впливає на зірки, розташовані на відстані 30-65 тис. світлових років від центру галактики. Це значна частина Чумацького Шляху, діаметр якого складає близько 100 тис. світлових років.

    Астрономи не знають, що стало причиною цієї хвилі. У ESA заявляють, що однією з причин могло бути зіткнення з меншою карликовою галактикою . Однак для точної відповіді необхідні додаткові дослідження.

    Gaia складала карти швидкості та траєкторій руху зірок протягом майже 12 років. У 2020 році телескоп зафіксував дивні коливання Чумацького шляху . Загадкову хвилю дослідили внаслідок відстеження руху та положення молодих гігантських зірок, а також групи цефеїд — зірок з передбачуваною, але змінною яскравістю. 

    “Оскільки молоді гігантські зірки та цефеїди рухаються разом із хвилею, вчені вважають, що газ у диску також може брати участь у цій великомасштабному русі. Можливо, молоді зірки зберігають пам’ять про хвильову інформацію, отриману від газу, з якого вони народилися”, — зазначається у повідомленні ESA. 

    Астрономи Європейського космічного агентства порівняли цю хвилю з тією, що створюють спортивні вболівальники на стадіоні. Схожий тип хвильового руху видний під час спостережень за нашою галактикою у горизонтальній площині.

    Нещодавно виявлена ​​хвиля також може бути пов’язана з набагато меншою хвилею у Чумацькому Шляху, вже відомою вченим як хвиля Редкліффа. Її видно приблизно в 500 світлових роках від Сонця і вона простягається на 9 тис. світлових років у просторі.

    “Однак хвиля Редкліффа набагато менша, розташована в іншій частині галактичного диска порівняно з хвилею, яка вивчається в нашій роботі. Ці дві хвилі можуть бути пов’язані, а можуть і не бути. Саме тому ми б хотіли провести додаткові дослідження”, — зазначає провідна авторка дослідження з Національного інституту астрофізики в Італії Елоїза Поджо. 

    Результати дослідження опубліковані у журналі Astronomy & Astrophysics

    Джерело: LiveScience  

    https://itc.ua/ua/novini/chumatskyj-shlyah-skolyhnula-veletenska-hvylya-nevidomogo-pohodzhennya-zayava-esa/

  • Дволикий Місяць: темна сторона супутника Землі холодніша всередині, ніж світла

    Дволикий Місяць: темна сторона супутника Землі холодніша всередині, ніж світла

    Нове дослідження британських та китайських науковців з Університетського коледжу Лондона (UCL) та Пекінського університету встановило, що прихована внутрішня сторона зворотного боку Місяця значно холодніша за ту, що спрямована у бік Землі. 

    У рамках дослідження науковці проаналізували зразки місячного ґрунту, зібрані китайською місією “Чан’є-6” з великого місячного кратера на зворотній стороні. Результати підтвердили, що вік зразків становить близько 2,8 млрд років. Ці породи були утворені з лави, яка застигла глибоко у надрах Місяця за температури близько 1 тис. 100 C°, що приблизно на 100 C° нижче за зразки, отримані з видимої сторони. 

    “Видна та зворотна сторони Місяця сильно розрізняються як на поверхні, так і, можливо, всередині. Це одна з найбільших загадок Місяця. Ми називаємо її “дволиким Місяцем”. Гіпотеза про різку різницю температур між ближньою та зворотною сторонами мантії існує вже давно, але наше дослідження надає перші докази, отримані за допомогою реальних зразків”, — підкреслив співавтор дослідження професор Ян Лі з кафедри наук про Землю в Університетському коледжі Лондона, який також працює у Пекінському університеті. 

    Зворотний бік Місяця має товстішу кору, більш гористу та вкриту кратерами, а також, ймовірно, менш вулканічну, з меншою кількістю темних базальтових ділянок, утворених зі стародавньої лави. Дослідники припускають, що надра на зворотній стороні супутника Землі можуть бути холоднішими через менший вміст тепловидільних елементів, включно з ураном, торієм та калієм, які виділяють тепло внаслідок радіоактивного розпаду.

    Результати попередніх досліджень свідчили, що нерівномірне розподілення тепловидільних елементів могло виникнути внаслідок зіткнення астероїда або іншого космічного об’єкта зі зворотною стороною Місяця, виштовхнувши більш щільні матеріали, що містять більше тепловидільних елементів, на ближній бік. Інші теорії припускали, що ще на початку існування Місяць міг зіткнутись з іншим, меншим за розміром супутником і зразки з ближньої та дальньої сторін були отримані від двох термічно різних супутників, або що ближня сторона могла бути гарячішою через силу тяжіння Землі.

    У рамках нового дослідження британські та китайські науковці проаналізували 300 г місячного ґрунту, наданого Пекінському науково-дослідному інституту геології урану. За словами першого автора дослідження Шен Хе, зразки, зібрані місією “Чан’є-6”, стали першими, отриманими зі зворотного боку Місяця. Група досліджувала окремі ділянки зразка, що складається переважно з зерен базальту, за допомогою електронного зонда для визначення складу. 

    Дослідники виміряли крихітні варіації ізотопів свинцю за допомогою іонного зонда та визначили вік породи — 2,8 млрд років. Цей метод заснований на тому, що уран розпадається на свинець із постійною швидкістю. Дані були опрацьовані за допомогою методу, удосконаленого професором Пітером Вермешем з Університетського коледжу Лондона.

    Після цього науковці використали кілька методів для оцінки температури зразка на різних етапах його розвитку, коли він ще перебував глибоко у місячних надрах. Спершу було проведено аналіз мінерального складу та його порівняння з результатами комп’ютерного моделювання для оцінки температури породи на момент її утворення (кристалізації). Результати порівнювались з аналогічними оцінками порід, розміщених на видимому боці Місяця з різницею у 100 C°. 

    Далі дослідники глибше вивчали геологічну історію зразка та визначали його хімічний склад. Вони намагались з’ясувати, наскільки високою була температура початкової породи, до того як вона розплавилась та перетворилась на магму, щоб потім знову застигнути та перетворитись на породу, зібрану “Чан’є-6”. Порівнявши отримані результати з оцінками зразків, зібраних з ближнього боку супутника під час місій “Аполлон”, науковці знову виявили різницю близько 100 C°.

    Щоб оцінити температуру початкової породи, використовувались супутникові дані про місце посадки Чан’є на дальній стороні, які порівнювались з еквівалентними супутниковими даними з ближнього боку, і знову було виявлено різницю (цього разу 70 C°). На Місяці уран, торій та калій переважно зустрічаються разом із фосфором та рідкісноземельними елементами у матеріалі під назвою “KREEP” —абрівіатура, що включає калій, рідкісноземельні елементи та фосфор. 

    Ключова теорія утворення Місяця передбачає, що він виник з уламків внаслідок зіткнення Землі з протопланетою розміром приблизно з Марс. Початково наш ключовий супутник складався з розплавленої лави або магми, яка поступово ставала твердою у міру охолодження. Однак елементи “KREEP” були несумісними з утвореними кристалами й тому довше зберігались у магмі. Вчені очікували, що речовина KREEP буде рівномірно розподілена по всій поверхні Місяця. Натомість, як вважають, вона накопичується в мантії на ближньому боці. Розподіл цих елементів може бути причиною вищої вулканічної активності на ближньому боці.

    Результати дослідження були опубліковані у журналі Nature Geoscience

    Джерело: SciTechDaily

    https://itc.ua/ua/novini/dvolykyj-misyats-temna-storona-suputnyka-zemli-holodnisha-vseredyni-nizh-svitla/

  • Вчені розкрили таємницю блудних вогників ignis fatuus: бульбашки з мікроблискавками

    Вчені розкрили таємницю блудних вогників ignis fatuus: бульбашки з мікроблискавками

    Протягом століть моторошні історії про блудні вогники на болотах та кладовищах непокоїли людей, сприяючи поширенню чуток та уявлень про те, що вони нібито збивають мандрівників зі шляху та являють собою щось надприродне.

    Однак американські хіміки зі Стенфордського університету вважають, що знайшли значно простіше наукове пояснення цьому явищу. Вони стверджують, що блудні вогники насправді являють бульбашки з мерехтливими крихітними блискавками . Дослідження було проведене під керівництвом Юй Ся з Університету Цзянхань та Річарда Зара зі Стенфорда. 

    Результати дослідження вказують на те, що крихітні електричні заряди (мікроблискавки) здатні запалити метан у звичайних умовах. У легендах блудні вогники часто пов’язують з болотами, що цілком логічно, адже саме там активно утворюється метан. Болота бідні на кисень, тому анаеробні мікроорганізми розкладають органіку на метан. Кислотне середовище сповільнює розкладання, дозволяючи накопичуватись торфу та утримувати газ. Цей газ на болотах легко спалахує, однак його важко запалити за низьких температур. Ще у 1776 Алессандро Вольта передбачив, що блискавка може бути іскрою . Дослідники нині вважають, що він мав рацію, але в набагато скромнішому і тоншому значенні. 

    “Це не блискавка, що сяє з неба, а насправді іскра, що виходить від крапель. За допомогою води я можу висікти іскру і підпалити щось. Це щось нове”, — зазначає Річард Зар. 

    Для перевірки цього дослідники побудували резервуар з надрукованим на 3D-принтері соплом, через яке впорскували у воду мікробульбашки метану та повітря. Поки бульбашки підіймались і зіштовхувались одна з одною, високошвидкісні камери фіксували між ними слабкі спалахи світла — мікроблискавки . Фотодіод підтвердив, що спалахи відбувались навіть за використання виключно кисню. Це дозволяє припустити, що іскри виникають через різницю зарядів на межі розділу газ-рідина, а не через сам метан. 

    Однак при додаванні метану дещо змінилось. Спалахи стали яскравішими, вода нагрілась, спектри випромінювання показали явні ознаки збудженого формальдегіду та гідроксильних радикалів — сполук, які виникають під час окиснення метану. Змінилось навіть повітря над резервуаром. Мас-спектрометрія показала зниження вмісту метану та кисню та зростання вмісту вуглекислого газу, що відповідає реакціям горіння за кімнатної температури. 

    Протягом століть люди намагались зрозуміти значення подібних блудних вогників. Наприклад, в Шотландії їх називали “спункі”, у Японії — “хітодама”, що означало — душі померлих. У деяких частинах американського Півдня їх вважали кістками, що танцюють, або духами втрачених дітей. Мандрівники їх боялися, поети романтизували, а вчені ламали над ними голову. Раніше теорії пов’язували виникнення свічення з фосфіном, метаном або статичним розрядом, але жодна з них не могла повністю пояснити слабке, мерехтливе полум’я у вологому повітрі. 

    Дослідники обережно відзначають, що не всі блудні вогні, що коли-небудь спостерігалися, були викликані мікроблискавками. Ці спалахи слабкі, рідкісні та відбуваються на масштабах менше за товщину людського волосся. 

     Результати дослідження опубліковані у журналі PNAS

    Джерело: ZME Science

    https://itc.ua/ua/novini/vcheni-rozkryly-tayemnytsyu-bludnyh-vognykiv-ignis-fatuus-bulbashky-z-mikroblyskavkamy/

  • З віком люди обирають невігластво, навіть коли знання корисніші, — дослідження

    З віком люди обирають невігластво, навіть коли знання корисніші, — дослідження

    Американські дослідники з Чиказького університету визначили точний вік, у якому люди починають надавати перевагу невігластву , а не точним знанням.

    Ця поведінка відома під назвою “ефект страуса”, хоча самі страуси ніколи не ховають голову у пісок. Результати серії експериментів, які вивчали уникання інформації серед 320 американських дітей у віці від 5 до 10 років, продемонстрували, що діти молодшого віку активно шукали інформацію, тоді як, починаючи з 7 років, вони починали уникати інформації, якщо потенційні відповіді могли викликати негативні емоції .

    “Чому діти такі допитливі, а ми, ставши дорослими, якимось чином воліємо уникати інформації? Що це за перехід?” — питається докторка Радхіка Сантханагопалан. 

    У першому експерименті дослідники вивчали 5 потенційних причин, серед яких прагнення уникнути негативних емоцій, уникання негативної інформації щодо нашої власної привабливості або компетентності , уникання заперечення наших власних переконань, з метою захисту власних переконань та через прагнення діяти у власних інтересах.

    Після цього автори дослідження розглядали різні сценарії аби з’ясувати, чим була викликана подібна поведінка. Один з тестів передбачав прохання до дітей згадати свої улюблені та не дуже улюблені цукерки, а потім показати їм відео про те, чому вживання обраних ними солодощів шкідливе для зубів.

    “Ми виявили, що коли діти молодшого віку дійсно хотіли шукати інформацію, діти старшого віку почали виявляти тенденцію до уникнення. Наприклад, вони не хотіли знати, чому їхні улюблені цукерки шкідливі, але цілком спокійно дізнавалися, чому цукерки, які вони не люблять, шкідливі”, — зазначає Радхіка Сантханагопалан. 

    Це створює цікавий випадок “морального маневру”, коли люди воліють уникати інформації з огляду на власні інтереси, однак роблять це так, щоб не виглядати егоїстичними в очах інших. Це було продемонстровано у сценарії, коли дітям, що працювали в парі, пропонували два відра з наклейками — собі та партнеру. В одному відрі було більше наклейок, а інше — було закритим, і скільки там наклейок — було невідомо. Перед вибором відра дітей питали, чи хочуть вони знати, скільки наклейок отримає їхній партнер.

    “Ми хочемо діяти у власних інтересах, але при цьому дуже дбаємо про те, щоб виглядати справедливими в очах інших. Свобода дій у моральних питаннях дозволяє нам досягти обох цілей”, — пояснює Радхіка Сантханагопалан. 

    Хоча інформація про те, скільки наклейок може знаходитись у закритому відрі, не впливала на індивідуальні результати, діти старшого віку частіше воліли не знати, скільки наклейок зможе отримати їхній партнер. Таким чином, вони не відчували провини, вибираючи відро з невідомою кількістю наклейок для свого партнера. 

    “Ця моральна свобода маневру дозволяє їм вибирати зиск, виходячи з власних інтересів, зберігаючи при цьому ілюзію справедливості. Ця завіса невігластва дозволяє їм діяти у власних інтересах”, — підкреслює Радхіка Сантханагопалан. 

    Результати дослідження продемонстрували, що у міру дорослішання діти все частіше уникали інформації для захисту від негативних емоцій, що було пов’язано з усіма п’ятьма причинами, окрім компетентності. Діти без вагань дізнавались про погані результати тесту. На думку дослідників, це може бути пов’язане з тим, що школа сприяє особистісному зростанню та позитивним змінам, тому поганий результат – лише невеликий крок на шляху до гарного результату. 

    У дорослому віці уникання певної інформації зустрічається значно частіше. Дослідники додають, що таке уникнення може мати особисті та суспільні наслідки, такі як “поглиблення політичної поляризації чи ідеологічна жорсткість”. Дослідників дуже хвилює питання, чому дорослі люди уникають корисної інформації, віддаючи перевагу короткостроковому дискомфорту, порівняно із довгостроковою користю від знань. 

    “У людей є схильність прагнути до вирішення невизначеності, але коли вирішення ситуації стає загрозливим, вони можуть натомість перемикнутись на уникнення. Я думаю, що є щось особливе у здатності терпіти і навіть приймати певний рівень невизначеності. Я думаю, це може допомогти не стати жертвою уникнення інформації”, — зазначає Радхіка Сантханагопалан. 

    Результати дослідження опубліковані у журналі Psychological Science

    Джерело: New Atlas

    https://itc.ua/ua/novini/z-vikom-lyudy-obyrayut-neviglastvo-navit-koly-znannya-korysnishi-doslidzhennya/

  • Нобелівську премію з медицини отримали вчені з США, Японії та Швеції за прорив у лікуванні раку та

    Нобелівську премію з медицини отримали вчені з США, Японії та Швеції за прорив у лікуванні раку та

    У цьому році троє дослідників стали лавреатами Нобелівської премії з фізіології та медицини.

    Мері Бранкоу з Інституту системної біології в Сіетлі, Фред Рамсделл з компанії Sonoma Biotherapeutics у Сан-Франциско та Сімон Сакагучі з Осацького університету у Японії були нагороджені за відкриття механізму периферичної імунної толерантності. Їхнє дослідження вперше розкриває можливості контролю за імунною системою для боротьби з патогенами та уникнення аутоімунних реакцій.

    “Їхні відкриття відіграли вирішальну роль у нашому розумінні того, як функціонує імунна система і чому не у всіх нас розвиваються серйозні аутоімунні захворювання”, — зазначив під час церемонії нагородження голова Нобелівського комітету Олле Кемпе.

    Імунна система в людському організмі покликана захищати від великої кількості небезпечних мікроорганізмів та вірусів. Нобелівські лавреати дослідили, як організм використовує регуляторні T-клітини для боротьби з патогенами та контролю над імунною системою.

    Сімон Сакагучі зробив перше відкриття периферичної імунної толерантності у 1995 році. Тоді більшість дослідників вважала, що імунна система розвиває толерантність тільки внаслідок процесу, званого центральною толерантністю, коли шкідливі клітини імунної системи знищуються у тимусі — спеціалізованому органі у грудній клітині, який виробляє білі кров’яні клітини. 

    Однак Сакагучі продемонстрував, що імунна система значно складніша, виявивши регуляторні T-клітини, які пригнічують занадто активні імунні реакції для захисту організму від аутоімунних хвороб. Ці спеціалізовані T-клітини слідкують за іншими клітинами імунної системи для забезпечення толерантності до природних тканин організму.

    Через 6 років Мері Бранкоу та Фред Рамсделл виявили, що деякі миші мають мутацію гену Foxp3, яка робить їх особливо вразливими до аутоімунних захворювань. Вони також виявили, що зміни в людській версії цього гена відповідальні за порушення регуляції імунітету, поліендокринопатію, ентеропатію, зчеплений з Х-хромосомою (IPEX) синдром – аутоімунне захворювання.

    У 2003 році Сімон Сакагучі продемонстрував, що ген Foxp3 відповідає за керування розвитком регуляторних T-клітин. Розуміння цих складних процесів дозволило іншим фахівцям розробити низку експериментальних курсів лікування проти таких хвороб як гліобластома мозку або червоний вовчак.

    Зокрема, завдяки імунній терапії організм отримує змогу краще розпізнавати ракові клітини . Під час лікування аутоімунних захворювань також з’явився шанс усувати причини у вигляді дефектів, через які імунна система атакує клітини власного організму.

    У 2024 році Нобелівську премію з медицини присудили за відкриття мікроРНК. Лавреатами стали Віктор Амброс та Гері Равкін. МікроРНК — новий клас крихітних молекул РНК, які мають ключове значення у регуляції генів.

    У 2023 році Нобелівську премію отримали Каталін Каріко та Дрю Вайсман за розробку мРНК-вакцин від COVID-19.

    7 жовтня також має відбутись оголошення лавреатів Нобелівської премії з фізики.

    Джерело: LiveScience

    https://itc.ua/ua/novini/nobelivsku-premiyu-z-medytsyny-otrymaly-vcheni-z-ssha-yaponiyi-ta-shvetsiyi-za-proryv-u-likuvanni-raku-ta-autoimunnyh-hvorob/

  • Квантова енергетика здатна обійти цикл Карно за ефективністю, — дослідження

    Квантова енергетика здатна обійти цикл Карно за ефективністю, — дослідження

    Японські дослідники з Токійського інституту знайшли спосіб подолати традиційні термодинамічні обмеження, такі як ККД Карно, використовуючи не термалізовані квантові стани .

    У своїй роботі вчені пропонують використовувати нетермічну рідину Томонагі-Латтінжератеоретична модель, що описує взаємодію електронів (або інших ферміонів) в одномірному провіднику (наприклад, квантових дротах, таких як вуглецеві нанотрубки) для перетворення тепла, що відводиться, в електричну енергію з більшою ефективністю порівняно з традиційними системами. 

    Сучасні технології збирання енергії являють собою пристрої, які збирають енергію з навколишнього середовища, підвищуючи ефективність сучасної електроніки та промислових процесів. Тепло, що відходить, безперервно генерується комп’ютерами, смартфонами, промисловим обладнанням, потужними енергетичними системами. Збирання цієї енергії дозволяє використовувати тепло замість того, аби воно було втрачене, та перетворювати на електрику.

    Традиційні системи збирання енергії обмежені фундаментальними принципами термодинаміки. Системи, що працюють у стані теплової рівноваги, мають суворі обмеження на кількість тепла, яке можна перетворити на електроенергію. Відношення між виробленою енергією та отриманим теплом, що відводиться, визначається коефіцієнтом Карно. Додаткові обмеження, зокрема, ККД Керзона-Альборна — (ККД за максимальної вихідної потужності), ще більше обмежують кількість енергії, яку можна отримати з тепла, що відводиться.

    Дослідники під керівництвом професора Тосімаси Фудзісави з кафедри фізики Токійського наукового інституту заявляють, що знайшли спосіб обійти ці обмеження. Замість традиційних теплових станів вчені використали властивості нетеплової рідини Томонагі-Латтінжера. Ця особлива одновимірна електронна система внаслідок унікальних квантових властивостей не прагне до теплової рівноваги. Це означає, що за подачі тепла система зберігає нетепловий, високоенергетичний стан, а не розподіляє енергію рівномірно, як у традиційних теплових циклах. 

    Для демонстрації потенціалу концепції дослідники провели експеримент. Вони інжектували тепло, що відводиться від квантового точкового резистора — пристрою, який керує потоком електронів, в термоелектричну рідину. Це тепло переносилось на кілька мікрометрів у тепловий двигун на квантових точках — мікроскопічний пристрій, що перетворює тепло на електрику за допомогою квантових ефектів. 

    Вчені переконались, що нетрадиційне джерело тепла виробляло значно вищу електричну напругу і досягало більшої ефективності перетворення.

    “Ці результати спонукають нас використовувати термоелектричні рідини як нетеплове джерело енергії для нових систем збирання енергії”, — зазначає Тосімаса Фудзісава. 

    Дослідники розробили модель, засновану на бінарній функції розподілу Фермі для нетеплових електронних станів , і використали її у запропонованій системі. Вчені продемонстрували, що їхній метод перевершує не тільки ККД Карно, а й ККД Керзона-Альборна. 

    “Наші результати показують, що тепло від квантових комп’ютерів та електронних пристроїв можна перетворити на корисну енергію за допомогою високопродуктивного збирання енергії”, — підкреслює Тосімаса Фудзісава. 

    Варто зазначити, що ККД Карно являє собою максимально можливий ККД для будь-якої теплової системи, що працює за умов постійної температури нагрівача T1 та охолоджувача T2. Оскільки ідеальні процеси можуть здійснюватися лише з дуже малою швидкістю, потужність теплової машини в циклі Карно дорівнює нулю. Потужність реальних теплових машин не може дорівнювати нулю, тому реальні процеси можуть наближатися до ідеального процесу Карно тільки з більшим або меншим ступенем точності. ККД будь-якої теплової машини не може перевершувати ККД ідеальної теплової машини, що працює за циклом Карно з тими ж температурами нагрівача і холодильника. 

    Результати дослідження опубліковані у журналі Communications Physics

    Джерело: SciTechDaily

    https://itc.ua/ua/novini/kvantova-energetyka-zdatna-obijty-tsykl-karno-za-efektyvnistyu-doslidzhennya/

  • Нобелівська премія за квантове тунелювання: фізики з США вперше продемонстрували ефект

    Нобелівська премія за квантове тунелювання: фізики з США вперше продемонстрували ефект

    Нобелівська премія з фізики цьогоріч присуджена дослідникам Джону Кларку, Мішелю Девору та Джону Мартінісу за відкриття ефектів макроскопічного квантово-механічного тунелювання та квантування енергії в електричному ланцюзі. 

    Кларк, Девор та Мартініс проводили експерименти з електричним контуром, демонструючи значні ефекти квантово-механічного тунелювання та достатньо великі квантовані рівні енергії. Квантова фізика дозволяє частинкам проходити через бар’єри у процесі, званому тунелюванням, тоді як класична фізика передбачає, що такі бар’єри непереборні для частинок.

    Коли у процесі бере участь велика кількість частинок, квантово-механічні ефекти переважно стають незначними. Однак цьогорічні нобелівські лавреати з фізики експериментально показали, що квантово-механічні властивості не втрачаються у макроскопічному масштабі.

    У 1984-1985 роках Кларк, Девор та Мартініс провели серію експериментів, використовуючи електронну схему з надпровідників з ефектом Джозефсона — тонким ізоляційним шаром між двома надпровідниками. Це дозволило контролювати взаємодію хвильових функцій двох надпровідників. Вдосконалюючи та вимірюючи всі властивості цієї схеми, науковці контролювали та досліджували явища, які виникали під час проходження струму. Заряджені частинки, які рухались через надпровідник, утворювали стан ніби однієї частинки, яка заповнювала всю схему.

    Система зберігалась у цьому стані, дозволяючи струму протікати без напруги. При цьому дослідники фіксували ефекти квантового тунелювання, що створювало короткочасну напругу. Результати експериментів продемонстрували квантову природу у макромасштабі. Коли на ланцюг подавались хвилі різної частоти, деякі з них провокували перехід системи до вищих енергетичних рівнів.

    Це стало першою демонстрацією квантування у доволі великій енергетичній системі, яку можна було б потримати у руках. Експеримент Кларка, Деворе та Мартініса підтвердив, що квантові ефекти не зникають на великих масштабах, якщо частинки перебувають у єдиному квантовому стані. Дослідження науковців значно підштовхнули розвиток квантової криптографії, квантових комп’ютерів та датчиків.

    Нагадаємо, що у 2024 році Нобелівську премію отримали Джон Гопфілд і Джеффрі Гінтон за розробку методів, які лягли в основу сучасного машинного навчання.

    У 2023 році Нобелівськими лавреатами стали П’єр Агостіні, Ференц Крауш та Анн Л’Юльє за виявлення нового ефекту від взаємодії лазерного світла з атомами в газі, який можна використовувати для створення коротших імпульсів світла, які виміряються в аттосекундах.

    Джерело: Комітет Нобелівської премії

    https://itc.ua/ua/novini/nobelivska-premiya-za-kvantove-tunelyuvannya-fizyky-z-ssha-vpershe-prodemonstruvaly-efekt/

  • Менш ніж "золотий мільярд": лише 1% людей у світі мають здорову дієту

    Менш ніж "золотий мільярд": лише 1% людей у світі мають здорову дієту

    У звіті EAT-Lancet Commission 2025 зазначається, що менше 1% людей на планеті дотримуються принципів здорового харчування, не завдаючи при цьому шкоди власному здоров’ю та довкіллю.

    Серед авторів звіту, який аналізує вплив глобальної системи продовольства на довкілля та здоров’я людей, дієтологи, кліматологи, економісти, лікарі та аграрії з 35 країн. За результатами дослідження фахівці дійшли висновку, що сучасна система виробництва харчових продуктів загрожує клімату, провокує забруднення ґрунту, води, повітря та порушує колообіг азоту та фосфору.

    Дослідники стверджують, що масштабний перехід до системи здорового харчування дозволив би щороку уникати 15 млн передчасних смертей та зменшити обсяги викидів парникових газів на 20%. Зміна харчових уподобань також дозволила б відновити екосистеми та зробила б глобальну продовольчу систему більш стійкою.

    “Якби всі люди харчувалися здоровою їжею, ми змогли б прогодувати 10 млрд людей до 2050 року, використовуючи на 7% менше землі, ніж сьогодні. Цей звіт — не про заборони, а про можливості. Він показує, що змінивши те, що ми їмо, ми можемо водночас покращити здоров’я людей і відновити планету. Це привід не для тривоги, а для дії — і для святкування”, — стверджує головний науковий співробітник EAT Фабріс ДеКлерк. 

    Він додав, що людство до цього ніколи не мало змоги годувати більше людей , використовуючи меншу кількість ресурсів. У звіті підкреслюється, що нині 6,9 млрд людей на планеті споживають надмірну кількість їжі, переважно м’яса, молочних продуктів, цукру та ультраоброблених товарів. Водночас 3,7 млрд жителів мають обмежений доступ до здорового харчування.

    Автори звіту рекомендують підтримувати так звану Планетарну дієту здоров’я (Planetary Health Diet, PHD), яка включає овочі, фрукти, бобові, горіхи, цілозернові злаки. При цьому м’ясо, риба та молочні продукти вважаються необов’язковими. Стосовно них створені чіткі верхні межі споживання.

    PHD передбачає, що протягом тижня цілком достатньо 200 г яловичини. Як зазначає Фабріс ДеКлерк, ця дієта доволі гнучка та адаптована до культурних та етнічних особливостей. За його словами, у більшості випадків традиційні кухні різних країн краще відображають принципи здорового харчування. 

    ДеКлерк також додав, що той 1% людей, які дотримуються зазначених принципів, мешкають у розвинених країнах з гідним заробітком та доступом до здорових продуктів. Дослідник підкреслив, що серед найбільш яскравих прикладів, країни Середземномор’я та Південно-Східної Азії. 

    Співавтор звіту, директор Потсдамського інституту дослідження впливу клімату Йоган Рокстрем також підтвердив, що реформування глобальної продовольчої системи є необхідним для подальшої безпеки та здоров’я людей та екосистем у майбутньому. За підрахунками авторів звіту, наразі 30% найбагатших представників людства на планеті чинять понад 70% негативного впливу на екологію у зв’язку з харчовими уподобаннями.

    Дослідники закликають керівництво країн до негайних дій. Вони пропонують реформування продовольчої системи, радять підтримувати доступ до здорових продуктів та перехід до стійких продовольчих практик.

    Джерело: Science Focus

    https://itc.ua/ua/novini/mensh-nizh-zolotyj-milyard-lyshe-1-lyudej-u-sviti-mayut-zdorovu-diyetu/

  • Вчені вилікували Альцгеймера у мишей єдиним уколом

    Вчені вилікували Альцгеймера у мишей єдиним уколом

    Протягом десятків років науковці різними способами намагались приборкати хворобу Альцгеймера , яка вважалась невиліковною. Новий прорив нарешті дозволив позбавитись цього вікового захворювання внаслідок буквально одного уколу.

    Більшість наявних препаратів впливає безпосередньо на бета-амілоїдні білки, які накопичуються у мозку. Однак такий підхід демонструє доволі обмежені результати. Замість цього міжнародна група дослідників вирішила перезавантажити систему самоочищення у мозку .

    Вчені використали наночастинки для відновлення функції гематоенцефалічного бар’єра, отримавши дивовижні результати. Буквально за 2 години вдалось очистити мозок мишей з прогресуючою хворобою Альцгеймера від майже половини амелоїдних бляшок. 

    При цьому відновлення когнітивних функцій зберігалось. У хворих мишей відновилась пам’ять та здатність до навчання на рівні зі здоровими особинами. Покращені показники зберігались щонайменше пів року після одноразового лікування.

    Оскільки мозок надзвичайно чутливий орган, він потребує серйозного захисту від токсинів та патогенів. Гематоенцефалічний бар’єр перевіряє кожну молекулу і пропускає лише поживні речовини. Окрім цього цей бар’єр також здійснює “прибирання”, позбавляючись від бета-амілоїдних білків. Однак у разі хвороби Альцгеймера ця система виходить з ладу.

    Бета-амілоїдні білки накопичуються та призводять до руйнації мозкових тканин, викликаючи запалення та порушуючи зв’язок між нейронами. Врешті-решт, це закінчується тим, що клітини мозку починають вмирати. 

    Протягом багатьох років науковці розглядали порушення роботи гематоенцефалічного бар’єра як ознаку пізньої стадії розвитку хвороби Альцгеймера. Однак з’являється все більше даних про те, що таке уявлення помилкове. Порушення роботи цього бар’єру може відбуватись одним з перших під час хвороби Альцгеймера, що запускає подальші катастрофічні наслідки. 

    “Більшість сучасних методів лікування хвороби Альцгеймера спрямовані на видалення бета-амілоїду або захист нейронів після того, як пошкодження вже сталося. Але на цей момент захисний бар’єр мозку вже руйнується; він більше не може належним чином доставляти поживні речовини та виводити відходи. Ми прагнемо відновити цей бар’єр, оскільки він є основою проблеми. Здоровий гематоенцефалічний бар’єр підтримує клітини мозку, регулює запалення і підтримує середовище, необхідне нейронам для функціонування. Відновлюючи судинну мережу, ми допомагаємо мозку відновити природний баланс, роблячи будь-яку іншу терапію більш ефективною та тривалою”, — пояснює автор дослідження Джузеппе Батталья. 

    Відновлення гематоенцефалічного бар’єра непроста задача. У мозку міститься близько мільярда капілярів, утворюючи складну систему з високим рівнем безпеки. Ключову роль у цій системі відіграє білок  LRP1, який чистить мозок від токсичних бета-амілоїдних білків. У людей з хворобою Альцгеймера вироблення цього білка різко знижується, а ті LRP1, що залишились, руйнуються під впливом бета-амілоїдних білків. 

    Для розв’язання цієї проблеми Джузеппе Батталья та його колеги створили інтелектуальну систему доставки — крихітну синтетичну сферу, яка називається полімерсомою. Ця частинка являє собою велику кількість різних компонентів, що працюють разом. 

    “Замість того, щоб використовувати одну активну молекулу, як у традиційних препаратах, наші наночастинки складаються з безлічі невеликих компонентів, які збираються подібно до будівельних блоків. Ці компоненти працюють спільно, не лише доставляючи ліки, а й ефективно взаємодіючи з гематоенцефалічним бар’єром. Саме тому ми називаємо їх “супрамолекулярними препаратами”: вони діють через структуру та взаємодію, допомагаючи власним клітинам мозку перезапустити процеси, що припинилися при хворобі Альцгеймера”, — розповідає Батталья. 

    Дослідники вкрили поверхню полімерсоми спеціальним пептидом, який зв’язується з білками LRP1 внаслідок мультівалентності. Недостатня кількість цього пептиду робила синтетичну частинку неефективною, а надмірна — подібною до бета-амілоїдних білків, зв’язуючи занадто сильно. З рештою вчені додали 40 пептидів на частинку, а після протестували на мишах із хворобою Альцгеймера. 

    У дослідженні брали участь миші віком близько року, генетично модифіковані для розвитку агресивної форми, схожої із хворобою Альцгеймера. Миші були старими, а їхній мозок був вкритий бета-амілоїдними білками, викликаючи значні когнітивні порушення. Буквально через 2 години після єдиного уколу концентрація бета-амілоїдів у мозку мишей знизилась майже на 45%. 

    Концентрація бета-амілоїдів знижувалась не тільки у мозку, а й у плазмі крові. Це свідчило про те, що токсичні білки з мозку потрапляли в організм для утилізації. Кількість бета-амілоїду, виведеного з мозку, практично повністю відповідала його надлишку в крові. Результати зберігались через 6 місяців після ін’єкції. 

    “Результати виявилися напрочуд стійкими. Швидке зниження рівня амілоїду показує, що після відновлення транспортної системи бар’єра мозок може ефективно виводити самостійно шкідливі білки. Навіть через місяці ми спостерігаємо покращення пам’яті та функцій мозку у тварин, які пройшли лікування. Це говорить про те, що реактивація природних механізмів відновлення мозку може мати довгострокові переваги, а не лише тимчасові”, — зазначає Батталья. 

    Наступними кроками дослідників буде підтвердження безпеки їхнього методу та відтворюваність на більших за розмірами тваринах, проведення докладних токсикологічних досліджень відповідно до нормативних стандартів. Тільки після цього можна буде переходити до ранніх клінічних випробувань. Мета – перенести цей підхід з лабораторії на пацієнтів, запропонувавши новий спосіб лікування хвороби Альцгеймера, відновлюючи власні захисні та відновлювальні системи мозку. 

    Результати дослідження опубліковані у журналі Nature

    Джерело: ZME Science

    https://itc.ua/ua/novini/vcheni-vylikuvaly-altsgejmera-u-myshej-yedynym-ukolom/