Может ли новая технология изогнутого света стать ключом к улучшению беспроводной связи?

В ходе исследований, которые могут кардинально изменить сферу беспроводной связи, ученые представили инновационный метод управления терагерцовыми волнами, позволяющий этим волнам обходить препятствия, а не сталкиваться с ними.

Сотовая связь и Wi-Fi-системы сегодня развиты как никогда, но они быстро достигают своих пределов по пропускной способности. Учёные понимают, что в будущем для обеспечения более быстрых и стабильных подключений потребуется использовать значительно более высокие частоты связи, чем те, что используются сейчас. Однако на этом пути встают реальные, физические препятствия.

Ученые утверждают, что им удалось сделать важный шаг к преодолению таких барьеров, как стены, мебель или даже люди, — и они достигли этого благодаря изогнутому свету.

Новое исследование, опубликованное в одном из научных журналов, посвящено решению одной из основных проблем, возникающих при беспроводной передаче данных. Сегодня для этих целей используются микроволны, но стало очевидно, что будущее принадлежит терагерцовым волнам, чья пропускная способность в 100 раз превышает возможности микроволн. Однако терагерцовые сигналы, в отличие от микроволн, легко блокируются твердыми объектами, что создает проблему с обеспечением прямой видимости между передатчиком и приемником.

Для большинства людей привычным является использование станций Wi-Fi, которые способны передавать сигналы по всей своей зоне действия. Но на высоких частотах, о которых идет речь, все иначе. На этих частотах сигналы представляют собой узкие направленные лучи, и если вы измените положение или окажетесь за пределами луча, связь будет прервана.

Учёные предложили решение этой проблемы, создав терагерцовый сигнал, который может обходить препятствия, а не сталкиваться с ними.

Это первый в мире канал передачи данных, который использует принцип изогнутых лучей, — важный шаг на пути к реализации технологий шестого поколения (6G), которые обещают обеспечить более высокую скорость передачи и надежность связи.

По мнению исследователей, предложенный метод способен стать настоящей революцией в области беспроводной связи, открывая перспективы для развития высокоскоростных терагерцовых сетей.

Спрос на передачу данных возрастает с каждым днем, и для удовлетворения этого спроса необходимо больше пропускной способности, которой не хватает на текущих частотах.

В своем исследовании ученые описывают концепцию самоускоряющихся пучков. Это особые волновые конфигурации, которые обладают способностью естественным образом изгибаться по пути своего движения. Хотя такие явления были изучены на оптических частотах, ученые адаптировали их для работы в терагерцовом диапазоне.

Они использовали эту идею в качестве основы для разработки передатчиков с усовершенствованными схемами, которые позволяли манипулировать силами, интенсивностью и временем излучаемых электромагнитных волн. Таким образом, система может адаптировать волны, направляя их так, чтобы они продолжали передавать данные, даже если часть луча блокируется препятствием. Важно, что передатчик имеет возможность перераспределять данные по заранее запрограммированным шаблонам. Когда один из шаблонов блокируется, данные передаются следующему, а затем следующему, если предыдущий все еще заблокирован. Это позволяет поддерживать стабильную связь, несмотря на физические преграды. Без такого контроля сигнал просто не мог бы пройти через блокировку.

Этот метод позволяет лучам «обходить» объекты до тех пор, пока передатчик не окажется полностью заблокирован. В этом случае потребуется другой способ передачи данных.

Хотя изогнутые лучи не решают всех проблем с блокировкой сигналов, они обеспечивают решение для части таких случаев.

Результаты работы были подтверждены с помощью многочисленных экспериментов и моделей, демонстрирующих, как изогнутые лучи могут эффективно обходить препятствия и поддерживать надежную связь. Эти исследования опираются на более раннюю работу, показавшую, что терагерцовые каналы могут отражаться от стен, не теряя при этом значительной части данных.

Используя изогнутые лучи, ученые надеются, что в будущем беспроводные сети станут более стабильными даже в сложных условиях, например, в густонаселенных или труднодоступных местах. Это приведет к улучшению качества связи в офисах, городах и других местах, где преграды для сигнала — обычное явление. Однако прежде чем такие сети станут реальностью, необходимо провести дополнительные исследования и преодолеть множество технических сложностей, ведь технологии терагерцовой связи еще находятся на начальной стадии развития.

Графен: будущее хранения энергии в нашей повседневной жизни.

Графен — это удивительный материал, состоящий всего из одного слоя углеродных атомов, расположенных в виде решетки. Несмотря на свою толщину, не превышающую атом, он обладает потрясающими свойствами. Это невероятно прочный и одновременно легкий материал, который проводит электричество и тепло намного лучше, чем большинство других веществ.

Знали ли вы, что графен идеально подходит для использования в технологиях, где требуется хорошая теплопередача, а также в гибких устройствах? Его возможности в этих областях не имеют аналогов.

Что касается хранения энергии, то графен уже начинает играть ключевую роль в улучшении различных технологий, которые мы используем каждый день. Это касается как повышения энергоэффективности, так и увеличения устойчивости наших устройств и систем. Например, благодаря графену улучшаются батареи и суперконденсаторы — устройства, которые накапливают и освобождают энергию. Графен помогает повысить плотность энергии, ускорить скорость зарядки и увеличить продолжительность работы накопителей.

Что это значит для нас? Во-первых, устройства заряжаются быстрее, а значит, мы экономим время. Во-вторых, улучшенная эффективность батарей делает всю электронику более экономичной в плане потребления энергии. А еще, если говорить о транспорте, электромобили с графеновыми батареями смогут проезжать большие расстояния, уменьшая зависимость от традиционного топлива.

Графен уже стал важным компонентом в сфере энергетики благодаря своим уникальным свойствам и возможностям интеграции в уже существующие технологии производства. Он не только улучшает эффективность хранения энергии, но и повышает срок службы катализаторов в топливных элементах, ускоряет транспортировку электронов в солнечных батареях и способствует лучшему поглощению света.

Еще одним большим плюсом графена является его удивительная прочность при минимальном весе. Это дает возможность создавать решения для хранения энергии, которые одновременно легкие и мощные. Однако, несмотря на все эти преимущества, есть и проблемы: трудности с массовым производством графена, его высокая стоимость и сложности с интеграцией в уже существующие батареи.

Тем не менее, потенциал графена в снижении углеродных выбросов в энергетике просто огромен. Он помогает улучшить процессы хранения и преобразования энергии, сокращая потери и повышая общую эффективность. В будущем, с развитием технологий, графен может стать ключом к более экологичному и эффективному способу хранения энергии, в том числе в системах возобновляемой энергии.

Водяной иней на высочайших вулканах в Солнечной системе.

Исследования показали, что на вулканах Тарсис на Марсе имеются участки водяного инея. Это открытие оспаривает предыдущие представления о климате Красной планеты и открывает новые данные о поведении воды на Марсе.

Международная команда планетологов обнаружила водяной иней на вершинах вулканов Тарсис, которые являются не только самыми высокими вулканами на Марсе, но и среди самых высоких в Солнечной системе.

Это важное открытие стало первым случаем, когда иней был найден вблизи экватора Марса, что ставит под сомнение прежние представления о климатических процессах на планете. Ранее считалось, что в районе экватора Марса образование инея маловероятно, поскольку солнечное освещение и разреженная атмосфера поддерживают высокую температуру в течение дня, как на поверхности, так и на вершинах вулканов — в отличие от Земли. Возможно, наблюдаемые явления являются остатками древних климатических циклов Марса, когда на вулканах выпадали осадки, а возможно, даже снег.

Согласно исследованию, иней появляется всего на несколько часов сразу после восхода солнца, прежде чем испаряется под воздействием солнечного тепла. При этом он имеет крайне малую толщину — порядка одной сотой миллиметра, что примерно соответствует толщине человеческого волоса. Однако его площадь охватывает значительные территории. По расчетам ученых, каждый день на поверхности Марса перемещается не менее 150 000 тонн воды в виде инея, что эквивалентно 60 олимпийским бассейнам.

Образования инея были зафиксированы в кальдерах вулканов Тарсиса, огромных впадинах, образовавшихся во время предыдущих извержений. Специалисты предполагают, что особенности циркуляции воздуха в этих районах создают уникальные микроклиматические условия, способствующие образованию таких ледяных отложений.

Моделирование процесса формирования инея может раскрыть новые аспекты исследования Марса, включая вопросы, связанные с движением воды и изучением атмосферы планеты. Это также может быть ключевым элементом в поиске возможных признаков жизни на Красной планете в будущем.

Открытие было сделано с использованием цветных изображений высокого разрешения, полученных системой CaSSIS, установленной на орбитальном аппарате Европейского космического агентства (ЕКА). Для подтверждения результатов использовались дополнительные данные, полученные с помощью стереокамеры на борту Mars Express и спектрометра на аппарате Trace Gas Orbiter.

В рамках исследования ученые проанализировали более 30 000 изображений, чтобы сначала обнаружить иней, а затем подтвердить его наличие. Для этого они отфильтровали данные, учитывая время суток, сезонность и географическое положение, что позволило выявить спектральные признаки водяного инея и уточнить его местоположение на Марсе.

Количество доказательств существования темной энергии в черных дырах продолжает расти.

Использование спектроскопического инструмента для изучения темной энергии помогает ученым исследовать процесс, который можно назвать «обратным Большим взрывом».

Согласно одной из популярных моделей инфляционной Вселенной, около 14 миллиардов лет назад, в начале Большого взрыва, загадочная энергия вызвала резкое расширение молодой Вселенной, что привело к образованию всей материи, которую мы видим сегодня.

Эта энергия имеет схожие характеристики с темной энергией, которая сейчас является самой большой загадкой современной космологии. В частности, темная энергия составляет около 70% всей материи и энергии во Вселенной, однако ученые до сих пор не могут точно объяснить, что это такое.

«Если задаться вопросом: «Где мы можем наблюдать столь же мощное гравитационное воздействие, как в начальные моменты Вселенной?», то ответ будет — в центре черных дыр», — утверждают ученые. — «Возможно, что то, что произошло во время инфляции, происходит в обратном порядке: материя массивных звезд снова превращается в темную энергию в процессе гравитационного коллапса — как своего рода уменьшенный Большой взрыв, только в обратном направлении».

Новое исследование, опубликованное в Журнале космологии и физики астрочастиц, приводит новые доказательства в поддержку этого сценария, используя данные, полученные с помощью спектроскопического инструмента темной энергии. Устройство DESI включает 5000 роботизированных детекторов, установленных на телескопе Мэйолл в Национальной обсерватории Китт-Пик, расположенной на территории народа Тохоно О'одхам.

«Если черные дыры действительно содержат темную энергию, это может привести к тому, что они будут «связаны» с расширяющейся Вселенной и расти вместе с ней, способствуя ускорению её роста», — говорят исследователи. «Мы не можем напрямую исследовать этот процесс, но уже видим доказательства того, что он происходит».

Данные первого года наблюдений, собранных инструментом DESI в рамках пятилетнего проекта, предоставляют убедительные доказательства того, что плотность темной энергии увеличивается с течением времени. По мнению ученых, это дает веские аргументы в пользу того, что темная энергия связана с процессами, происходящими в черных дырах. Увеличение плотности темной энергии в космосе в какой-то степени совпадает с увеличением числа и массы черных дыр.

Для того чтобы подтвердить связь между темной энергией и черными дырами, ученые использовали данные о десятках миллионов далеких галактик, измеренные с помощью DESI. Это устройство может заглядывать в прошлое на миллиарды лет и собирать информацию, позволяющую с высокой точностью определять скорость расширения Вселенной. Эти данные, в свою очередь, дают возможность исследовать, как изменяется количество темной энергии во времени.

Сравнив эти данные с количеством черных дыр, образовавшихся в результате гибели крупных звезд за всю историю Вселенной, команда пришла к интересным выводам.

«Мы обнаружили, что эти два явления — смерть массивных звезд и увеличение количества темной энергии — происходят одновременно. Это поднимает вероятность того, что черные дыры действительно являются источником темной энергии», — отмечают ученые.

Это исследование дополняет растущее число научных работ, посвященных космологической роли черных дыр. В одном из исследований 2023 года обсуждается возможное взаимодействие темной энергии и сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Этот отчет побудил другие исследовательские группы искать аналогичные эффекты в других частях Вселенной.

«Эти работы рассматривают связь между темной энергией и черными дырами через скорость их роста. Новое исследование же связывает темную энергию с черными дырами через время их возникновения», — говорят ученые.

Главное отличие новой работы заключается в том, что многие из исследованных черных дыр моложе тех, которые анализировались в предыдущих исследованиях. Эти черные дыры возникли в период, когда звездообразование в галактиках было уже активным, а не только начиналось.

«Этот процесс происходил гораздо позже в истории Вселенной, и это подтверждается последними наблюдениями, полученными с помощью космических телескопов Хаббл и Джеймс Уэбб», — говорят исследователи.

Следующий вопрос, который предстоит изучить ученым, — это местоположение этих черных дыр и их движение в течение последних 8 миллиардов лет. В настоящее время исследователи активно работают над уточнением этих данных.

«Наука продолжает требовать новых возможностей для наблюдений и исследований, и теперь, когда инструмент DESI доступен для использования, изучение темной энергии только начинается», — добавляют ученые.

Это исследование открывает новые перспективы для более глубокого понимания темной энергии, независимо от того, подтверждает ли оно гипотезу о связи черных дыр с темной энергией.

«Вне зависимости от того, что принесут дальнейшие исследования, текущее открытие представляет собой значительный шаг вперед в изучении темной энергии», — заключают ученые.

«Вопрос о том, связаны ли черные дыры с темной энергией, перестал быть лишь теоретической гипотезой и стал предметом активных экспериментальных исследований».

Происхождение жизни: возможный нуклеотид ранней Земли.

Группа ученых провела исследование, чтобы выяснить, может ли нуклеотид, состоящий из барбитуровой кислоты, использоваться для формирования РНК. Результаты эксперимента заставили ученых выдвинуть гипотезу, что барбитуровая кислота могла быть прародителем современных оснований РНК.

Исследование, представленное в этой статье, касается одной из самых захватывающих проблем науки — происхождения жизни. Оно также освещает современные попытки понять, как могла возникнуть жизнь на Земле миллиарды лет назад. Самые ранние свидетельства существования жизни на Земле датируются около 3,5 миллиардов лет. Изучение начала жизни в последние десятилетия стало особенно актуальным на фоне поиска планет, на которых могут существовать условия для жизни, будь то в нашей Солнечной системе или на экзопланетах. Поэтому важно понять, как именно возникла жизнь на Земле, сформировавшейся почти 4,6 миллиарда лет назад.

Интересно, что элементы, такие как углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера, лежат в основе существующей жизни на Земле. Эти химические элементы составляют молекулы, без которых жизнь не может существовать, включая белки, нуклеиновые кислоты и липиды, которые обеспечивают функционирование клеток.

Знаменитый эксперимент Юри-Миллера в 1953 году показал, как аминокислоты (основные компоненты белков) могут образовываться из неорганических веществ, таких как водород, аммиак и метан, при условии, что вода выступает в роли растворителя. Эксперимент имитировал условия, близкие к тем, что могли существовать на ранней Земле.

Это привело к гипотезе «пребиотического супа», предложенной Дж. Б. С. Холдейном, которая объясняла, как возникли основные биомолекулы, включая аминокислоты, липиды и нуклеиновые кислоты. После успешной работы Юри-Миллера ученые стали искать другие молекулы, которые могли бы сыграть ключевую роль в появлении жизни на Земле.

Два главных признака жизни — это хранение информации и катализ реакций. Нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК, играют важную роль в хранении наследственной информации. В современных организмах эта информация хранится в ДНК, а затем передается в РНК, которая служит шаблоном для синтеза белков. РНК также участвует в катализе химических реакций, что делает ее уникальной молекулой, которая могла бы сыграть ключевую роль в возникновении жизни.

Одним из важных вопросов является, как нуклеиновые кислоты могли возникнуть из простых молекул в условиях ранней Земли. Чтобы эволюция жизни могла начаться на основе РНК, необходимы были нуклеотиды — строительные блоки РНК, которые образуются из трех компонентов: нуклеинового основания, сахара и фосфата. Однако условия на Земле в тот период не способствовали образованию таких молекул.

Это привело к гипотезе о существовании «пре-РНК», более простых молекул, которые могли бы сформироваться из доступных химических веществ и затем эволюционировать в более сложные нуклеиновые кислоты. Современные исследования подтверждают, что на ранней Земле могли существовать неканонические основания, такие как барбитуровая кислота, которые, возможно, играли роль в формировании нуклеотидов.

Исследователи обнаружили, что барбитуровая кислота может быть использована для создания олигомеров нуклеотидов и РНК. В рамках эксперимента они проверили, могут ли современные ферменты использовать нуклеотиды, основанные на барбитуровой кислоте, вместо стандартного урацила для синтеза РНК. Более того, эти молекулы были проверены на способность создавать функциональные структуры, такие как аптамеры. Также исследователи изучили, можно ли с их помощью перенести информацию в ДНК через процесс обратной транскрипции. Результаты оказались успешными, что позволило сделать вывод о возможности существования барбитуровой кислоты как предшественника современных оснований РНК.

Эти результаты не только расширяют наше понимание того, как могла развиваться жизнь, но и открывают новые горизонты для синтетической биологии, где альтернативные нуклеотиды могут быть использованы для разработки новых молекул РНК, которые могут сыграть важную роль в борьбе с будущими угрозами, такими как пандемии.

Учёные выявили белок, отвечающий за восприятие холода.

Группа исследователей обнаружила белок, который играет ключевую роль в восприятии холода у млекопитающих, закрыв важную брешь в области сенсорной биологии.

Результаты проведённой работы, открывают новые перспективы для понимания того, как мы ощущаем холод и почему у разных людей восприятие температуры может значительно различаться, особенно в условиях заболеваний.

«Изучение термочувствительных белков началось более двух десятилетий назад с открытия белка TRPV1, который реагирует на температуру», — отмечают исследователи.

Исследования показали, что существует множество белков, воспринимающих различные температурные диапазоны, от жарких до умеренно холодных, но до недавнего времени не удавалось точно определить, что именно отвечает за восприятие холода ниже 15°C (60°F).

В одном из исследований 2019 года группа учёных описала первый белок, воспринимающий холод, у микроскопического червя Caenorhabditis elegans, который используется в качестве модели для изучения сенсорных механизмов. Поскольку ген, кодирующий этот белок у червя, имеет эволюционно сохранённую структуру у многих видов, включая людей и мышей, это открытие стало отправной точкой для поиска аналогичных молекул у млекопитающих. Речь идёт о белке GluK2, который является частью глутаматных рецепторов и играет роль в передаче нервных сигналов.

В ходе экспериментов, проведённых в рамках текущего исследования, учёные исследовали поведение мышей, у которых был выключен ген GluK2, что лишало их способности синтезировать данный белок. Результаты показали, что такие мыши нормально реагировали на высокие и умеренные температуры, однако они не проявляли реакции на сильный холод.

Хотя белок GluK2 наиболее известен своей ролью в мозге, где он участвует в передаче химических сигналов между нейронами, учёные обнаружили, что в периферической нервной системе он отвечает за восприятие температурных изменений. Это открытие показало, что GluK2 выполняет совершенно иную функцию в этих нейронах, обрабатывая сигналы, связанные с холодом, а не с химическими веществами.

Теперь мы понимаем, что этот белок обрабатывает температурные сигналы в периферической нервной системе, а не просто участвует в обмене химическими сигналами

Долгое время считалось, что GluK2 выполняет свою функцию исключительно в центральной нервной системе, но, как утверждают учёные, его способность воспринимать температуру может быть одной из его первоначальных эволюционных функций. Гены, связанные с этим белком, присутствуют у большинства живых существ, начиная от бактерий и заканчивая млекопитающими.

«У бактерий нет мозга, но они могут чувствовать свою окружающую среду, включая температуру и химические вещества. Это может указывать на то, что способность чувствовать температуру — это древняя функция для многих глутаматных рецепторов, которая была сохранена в процессе эволюции», — добавляют исследователи.

Это открытие имеет не только теоретическую ценность, но и практическое значение для медицины. Например, пациенты, проходящие химиотерапию, часто сталкиваются с болезненными ощущениями от воздействия холода. Понимание механизмов, стоящих за этими реакциями, может помочь в разработке более эффективных методов лечения.

«Обнаружение роли GluK2 как датчика холода у млекопитающих открывает новые возможности для исследования того, почему некоторые люди испытывают болезненные реакции на холод. Это также может стать основой для разработки терапевтических методов, направленных на снижение таких неприятных ощущений у пациентов с гиперчувствительностью к холоду», — заключают учёные.

Исследование показало, что загрязнение воздуха оказывает наибольшее воздействие на опылителей, а не на вредителей.

Недавнее исследование, проведённое учеными, выявило, что пчелы и другие полезные насекомые страдают от загрязнения воздуха в значительно большей степени, чем вредители, которые уничтожают сельскохозяйственные культуры.

Для того чтобы изучить последствия воздействия загрязнителей, таких как озон, оксиды азота, диоксид серы и твердые частицы, исследователи проанализировали данные из 120 научных работ, охватывающих 40 видов насекомых, обитающих в 19 странах.

Результаты показали, что у полезных насекомых, включая пчел, а также некоторых мотыльков и бабочек, продуктивность снизилась на 39% в условиях повышенного уровня загрязнения воздуха. В то время как растительноядные вредители, такие как тля, не понесли значительного ущерба.

Учёные подчеркивают, что эти выводы могут оказать серьёзное влияние на сельское хозяйство и продовольственную безопасность на глобальном уровне.

«Это ещё один фактор стресса, который оказывает давление на популяции опылителей наряду с изменением климата, разрушением среды обитания и изменением землепользования», — заявили учёные.

«Комбинация этих стрессоров усиливает нагрузку на опылителей, поэтому нам нужно искать пути уменьшения их воздействия, чтобы дать насекомым больше шансов на выживание».

По мнению исследователей, загрязнение воздуха является недооценённой угрозой для насекомых, которые играют важную роль в нашей жизни.

«Если не решить проблему загрязнения воздуха, численность пчел, опыляющих цветы, и ос, которые обеспечивают природную борьбу с вредителями, продолжит сокращаться»

«В этой ситуации мы рискуем столкнуться с увеличением ущерба от вредителей, что приведет к снижению урожайности и, возможно, дефициту продуктов на прилавках магазинов».

Популяции полезных насекомых уже сокращаются по всему миру, и даже умеренные уровни загрязнения воздуха наносят вред этим существам, что, по мнению ученых, требует введения более строгих норм по качеству воздуха для защиты этих трудолюбивых «работников природы».

Существует предположение, что полезные насекомые, такие как пчелы и осы, сильнее страдают от загрязнения воздуха, поскольку их способность общаться через запахи имеет большое значение для выживания. Эти насекомые используют химические сигналы, которые переносятся через воздух, чтобы находить цветы, партнеров или пищу.

Загрязнители воздуха могут изменять или блокировать эти химические сигналы, нарушая важный сенсорный обмен.

В то время как многие вредители меньше зависят от запахов на больших расстояниях и больше полагаются на визуальные сигналы или прямой контакт, что делает их менее уязвимыми к загрязнению воздуха.

Это исследование было направлено на изучение того, как загрязнение воздуха влияет на поведение и биологические процессы насекомых, включая питание, рост, выживание, размножение и способность находить источники пищи. Оказалось, что наиболее серьёзное воздействие на насекомых оказывает снижение их способности находить пищу, что в среднем уменьшилось на одну треть.

Устойчивость к антибиотикам: вызовы и перспективы.

Согласно прогнозам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), к 2050 году число смертей от инфекций, вызванных устойчивыми к антибиотикам бактериями, может превысить количество жертв рака. Это представляет собой серьезную угрозу как для здоровья людей и животных, так и для продовольственной безопасности и глобального развития.

Антибиотики начали использоваться после того, как в 1928 году Александр Флеминг открыл пенициллин, положив начало "золотому веку" антибиотиков. Наибольшее количество новых препаратов было создано в 1950-1960-е годы, и с тех пор антибиотики стали основой борьбы с бактериальными инфекциями.

Однако с каждым новым препаратом возникали и новые проблемы. Чрезмерное и неправильное применение антибиотиков привело к развитию устойчивости, начиная с первого фермента, который мог разрушать пенициллин. Сегодня ученые идентифицировали уже более 7000 таких ферментов.

ВОЗ предупреждает, что к 2050 году смерть от инфекций, вызванных устойчивыми бактериями, может стать одной из главных причин летальности, соперничая с раковыми заболеваниями. Кроме того, неэффективность антибиотиков обернется колоссальными экономическими потерями для здравоохранения, которые могут исчисляться миллиардами.

Особую тревогу вызывает ситуация, сложившаяся в период пандемии COVID-19, когда антибиотики применялись почти у 90% госпитализированных пациентов для лечения бактериальных инфекций. Это еще больше усугубило проблему, ускорив развитие устойчивости к противомикробным средствам. Прогнозируется, что последствия пандемии для антибиотикорезистентности будут ощущаться как минимум до 2030 года.

Резистентность развивается и растет на фоне необоснованного использования антибиотиков. Многие вирусные инфекции, такие как грипп или простуда, не поддаются лечению антибиотиками, однако пациенты часто требуют назначить их, а медики, в свою очередь, нередко идут на уступки. Это приводит к тому, что антибиотики применяются не только в ненужных, но и в потенциально опасных случаях.

Зачастую пациенты требуют от фармацевтов или врачей продажу антибиотиков без рецепта, что еще раз подчеркивает важность ответственности медицинских работников. В таких ситуациях фармацевты должны напоминать, что препараты могут быть проданы только по рецепту, и что без надлежащего указания врача их использование не оправдано.

Для борьбы с угрозой устойчивости необходимо тщательно исследовать пути её развития, чтобы предсказать и предотвратить новые угрозы. Одним из важнейших шагов является обучение медицинского персонала, которое должно включать как знания о существующих антибиотиках, так и понимание механизмов устойчивости, распространенных в разных регионах. Кроме того, необходимы профилактические мероприятия, направленные на информирование общественности о правильном применении антибиотиков.

Разработка и испытания новых антибиотиков – это процесс, который требует огромных вложений, и до сих пор не найдено более эффективного средства для лечения инфекций. В прошлом люди погибали от заболеваний, которые сегодня можно лечить с помощью антибиотиков. Однако с течением времени микроорганизмы становятся все более устойчивыми, что ставит под угрозу нашу способность бороться с ними. Поэтому крайне важно использовать антибиотики осознанно, строго следуя рекомендациям врачей и придерживаясь установленных дозировок. Тщательный контроль за их применением и разумная политика использования остаются ключевыми аспектами для предотвращения дальнейшего распространения антибиотикорезистентности.

Насколько полезны промышленные растительные продукты?

Люди, выбирающие вегетарианскую или веганскую диету, могут столкнуться с риском дефицита важных питательных веществ. Согласно исследованию, проведенному учёными, не все растительные продукты промышленного производства обладают достаточной питательной ценностью для полноценного питания.

Команда исследователей, провела анализ более 200 растительных продуктов, продаваемых в магазинах. Целью было выяснить, насколько эти продукты соответствуют потребностям в питательных веществах и могут ли они обеспечить сбалансированное питание.

По данным Euromonitor, около 4-6% мирового населения придерживается вегетарианской или веганской диеты.

Выбор вегетарианского или веганского питания часто связан с заботой о здоровье, а также с этическими или идеологическими мотивами. Однако продукты, которые предлагаются на полках магазинов, не всегда оказываются такими полезными, как может показаться на первый взгляд.

Если человек решает перейти на вегетарианскую или веганскую диету без должного планирования, он может столкнуться с дефицитом питательных веществ, что может отрицательно сказаться на его здоровье.

Необходимые для организма вещества, такие как железо, цинк, кальций, витамины B12 и D, омега-3 жирные кислоты и баланс между калием и натрием, могут быть не в достаточном количестве в обычной растительной пище.

Для восполнения дефицита этих элементов полезно употреблять орехи, семена чиа, масла из сои, льна или канолы. Однако для полноценного питания могут понадобиться добавки или продукты, обогащенные важными витаминами и минералами.

Именно поэтому ученые решили изучить состав промышленных растительных продуктов, чтобы выяснить, насколько они способны удовлетворить потребности организма в необходимых веществах.

Вегетарианство: миф о здоровом питании?

Многие люди становятся вегетарианцами, стремясь к более здоровому питанию, но продукты, которые доступны на рынке, не всегда оправдывают ожидания. Продукты, которые проще всего купить в магазинах, часто имеют менее здоровый питательный профиль, чем можно было бы ожидать. В их состав входят различные добавки, ингредиенты и искусственно добавленные витамины, что делает их более дорогими.

Например, растительные напитки, такие как "молоко" из миндаля или арахиса, могут содержать избыточное количество натрия и жиров, а также не всегда восполняют недостаток других важных питательных веществ, например, кальция.

В рамках исследования команда ученых проанализировала более 200 продуктов, продающихся в супермаркетах и специализированных магазинах здорового питания. Среди исследованных продуктов были растительные "котлеты", медальоны, напитки типа "молока" из арахиса или миндаля, а также заменители сыра и йогурта.

Чтобы правильно оценить питательную ценность продукта, необходимо учитывать такие параметры, как калорийность, содержание углеводов, белков, жиров, пищевых волокон и натрия, "Информация на упаковке может быть неполной, и отклонения от указанной нормы могут составлять до 20%, что важно учитывать при выборе продукта".

В некоторых растительных напитках, предназначенных для замены молока, не всегда присутствуют важнейшие вещества, такие как кальций. При этом они могут содержать лишний натрий и жиры, что снижает их питательную ценность по сравнению с коровьим молоком.

Биодоступность питательных веществ

Даже если на упаковке указано, что продукт содержит определенное количество питательных веществ, этого может быть недостаточно для сбалансированного питания. Поэтому важно проконсультироваться с экспертами по питанию, если вы планируете исключить продукты животного происхождения.

Растительные продукты, как правило, имеют меньшую биодоступность минералов, то есть они усваиваются организмом хуже, чем те же вещества, содержащиеся в животных продуктах.

"Растительное железо усваивается хуже, чем животное. Железо, полученное из животных тканей, легче усваивается организмом. Также важно, чтобы продукты, такие как бобовые, зерновые и семена, способствовали хорошему усвоению минералов, таких как железо и цинк", — считают учёные. Добавление фруктовых соков (например, апельсинового или яблочного) помогает улучшить усвоение железа из растительных продуктов.

Таким образом, для тех, кто придерживается вегетарианской или веганской диеты, важно соблюдать баланс и консультироваться с диетологами, чтобы избежать дефицита питательных веществ.

"Витамин B12, который присутствует только в животных продуктах, редко встречается в растительных продуктах или добавках. Однако он жизненно необходим для нормальной работы организма, включая кроветворение", — считают учёные.

Обеспечение сбалансированного питания имеет особое значение для детей, беременных и кормящих женщин, которые выбирают растительную диету, так как она может не обеспечить их потребности в необходимых питательных веществах.

Нейроморфная вычислительная платформа: новый прорыв в области эффективности вычислений.

Индийские исследователи совершили значительный прорыв, создав аналоговую вычислительную платформу, вдохновленную принципами работы мозга. Эта инновация позволяет хранить и обрабатывать информацию в 16 500 различных состояниях проводимости молекул, что значительно превосходит возможности традиционных цифровых систем, где данные ограничиваются всего двумя состояниями.

Опубликованное в журнале Nature, это достижение открывает новые горизонты в развитии искусственного интеллекта (ИИ), позволяя переносить сложные задачи, такие как обучение больших языковых моделей (LLM), на персональные устройства, включая ноутбуки и смартфоны. Это приближает нас к «демократизации» ИИ, обеспечивая более доступные и энергоэффективные вычисления, в отличие от мощных, но ресурсоемких дата-центров, которые в настоящее время доминируют в этой области. С учетом того, что развитие кремниевой электроники достигло своего предела, интеграция мозгоподобных ускорителей с существующими кремниевыми чипами становится важнейшим направлением для улучшения работы ИИ.

«Нейроморфные вычисления сталкивались с множеством нерешенных задач на протяжении более десяти лет», – рассказывает Сритош Госвами, доцент Центра нанонауки и инженерии IISc и руководитель исследовательской группы. «Наше открытие приближает нас к идеальной системе, что является значительным достижением».

Основная операция в большинстве алгоритмов ИИ – это умножение матриц, понятие, знакомое еще школьникам. Однако для цифровых компьютеров такие операции требуют значительных затрат энергии. Разработанная командой платформа значительно уменьшает как время, так и энергозатраты на выполнение таких вычислений, ускоряя и упрощая процесс.

Система, лежащая в основе разработки, была создана профессором Госвами. Когда молекулы и ионы движутся внутри материала, они создают огромное количество уникальных состояний памяти, многие из которых не могли быть использованы ранее. В отличие от традиционных цифровых устройств, которые могут работать только с двумя состояниями (высокой и низкой проводимости), новая платформа способна учитывать множество промежуточных состояний.

Благодаря точно синхронизированным импульсам напряжения исследователи нашли способ отслеживать большее количество молекулярных движений, каждое из которых соответствует отдельному электрическому сигналу. Этот процесс позволяет создавать сложную картину различных состояний, напоминающую «молекулярный дневник». «Мы смогли объединить точность электротехники и креативность химии, чтобы точно контролировать молекулярную динамику в электронной схеме, управляемой наносекундными импульсами», – поясняет профессор.

Используя эти молекулярные изменения, команда создала высокоэффективный нейроморфный ускоритель, который может одновременно и хранить, и обрабатывать данные, как это происходит в человеческом мозге. Эти ускорители можно интегрировать с кремниевыми схемами для повышения их производительности и энергоэффективности.

Одной из трудных задач стало точное измерение состояний проводимости, что было невозможно с применением существующих методов. Для этого ученые разработали специальную плату, способную измерять напряжение с точностью до миллионных долей вольта, что позволило точно фиксировать каждое состояние.

Кроме того, команда продемонстрировала, как их новое достижение можно превратить в практическую технологию. Используя лишь обычный настольный компьютер, они воссоздали знаменитое изображение «Столпы творения» NASA, полученное с помощью телескопа Джеймса Уэбба, а также значительно сократили время и энергозатраты по сравнению с традиционными суперкомпьютерами.

Это открытие имеет большое значение для мирового технологического сообщества. Исследователи считают, что их достижение может стать важным вкладом Индии в развитие аппаратных средств для ИИ, укрепив ее позицию на мировой технологической арене. Профессор Наваканта Бхат подчеркивает: «Мы превратили глубокое понимание физики и химии в революционную технологию для аппаратного обеспечения ИИ. Это может стать ключевым моментом для индийской стратегии по полупроводникам, революционизируя промышленность и технологические приложения».

«Мы полностью автономно создаем эту технологию, начиная с материалов и заканчивая схемами и системами», – отмечает Сритош Госвами. «Мы находимся на пути создания системы на кристалле, что станет следующим шагом в развитии этой технологии».

Лекарство от диабета без инъекций: учёные разрабатывают съедобный инсулин.

Недавние испытания нового лекарства от диабета на животных дали обнадёживающие результаты. Исследования были проведены на обезьянах, мышах и червях, и теперь учёные планируют тестировать препарат на людях в 2025 году.

По данным Всемирной организации здравоохранения, в мире более 425 миллионов человек страдают от диабета, из которых около 75 миллионов ежедневно вводят инсулин с помощью инъекций. Однако в ближайшие годы появится возможность для этих людей отказаться от уколов. Учёные нашли новый способ доставки инсулина в организм, который обещает значительно улучшить качество жизни пациентов.

Инсулин теперь можно будет принимать в виде капсулы или, например, съедая кусочек шоколада. Внутри этих продуктов находятся микроскопические серебряные частицы, к которым прикреплён инсулин. Эти частицы настолько малы, что их нельзя разглядеть даже в обычный микроскоп.

Более точная доставка инсулина

По словам профессора Питера Маккорта из Университета Тромсё, этот метод введения инсулина является более точным, так как инсулин доставляется прямо в печень — место его использования. В случае традиционного введения инсулина через инъекцию, препарат распространяется по всему организму, что может вызвать побочные эффекты.

Маккорт, участвующий в исследовании, также отметил, что этот метод был разработан в сотрудничестве с учёными из Австралии и недавно опубликован в журнале Nature Nanotechnology.

Доставляем инсулин в печень

Всё началось несколько лет назад, когда исследователи из Университета Сиднея в партнёрстве с коллегами из Тромсё заметили, что лекарства можно доставлять в печень, используя серебряные наночастицы. Со временем этот метод был усовершенствован.

Одной из главных проблем при попытке разработать съедобный инсулин была его разрушительная реакция с желудочной кислотой и ферментами пищеварительной системы. Но учёные нашли способ защитить инсулин, упаковав его в специальные частицы. Эти частицы защищают инсулин от разрушения на пути через желудок и кишечник, и, только достигнув печени, они распадаются под воздействием ферментов. Это происходит только тогда, когда уровень сахара в крови повышен.

Контролируемое высвобождение инсулина

Новый подход также позволяет контролировать высвобождение инсулина. Как объяснил Николас Дж. Хант из Университета Сиднея, инсулин высвобождается только при высоком уровне сахара в крови, что снижает риск гипогликемии — опасного состояния, при котором уровень сахара в крови становится слишком низким.

Это означает, что инсулин будет поступать в организм в нужный момент и в нужном количестве, а его действия будут более предсказуемыми, чем при инъекциях, когда инсулин вводится сразу в больших дозах.

Меньше побочных эффектов

Новый метод работы инсулина напоминает процесс в организме здорового человека, где инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой, поступает в печень и регулирует уровень сахара в крови. В случае с инсулиновыми частицами, серебряные наночастицы доставляют инсулин непосредственно в печень, где он поглощается клетками печени, что позволяет контролировать уровень сахара у больных диабетом.

Преимущества этого метода включают снижение вероятности побочных эффектов, таких как накопление жира в мышцах или животе, что часто происходит при инъекциях. Кроме того, новый способ позволяет избежать гипогликемии, которая может быть опасной при неправильном дозировании инсулина через шприц.

Инсулин в шоколаде и на тестах у животных

Одним из интересных аспектов исследования является то, что инсулин в серебряных частицах был протестирован на различных животных, включая червей, мышей и обезьян. В одном из экспериментов учёные поместили частицы с инсулином в сахарный шоколад и предложили его обезьянам, которые с удовольствием съедали угощение. После этого уровень сахара в крови у животных значительно снизился.

«Мы использовали 20 обезьян, и все они показали хорошие результаты. Важно отметить, что эти обезьяны жили в хороших условиях, с достаточно большим вольером, а также в дружественной атмосфере с наблюдателями», — рассказывает профессор Маккорт. Он также подчеркнул, что забота о благополучии животных была на первом месте.

Кроме того, инсулиновые частицы были протестированы на мышах и крысах, страдающих диабетом, и показали те же положительные результаты. У животных не наблюдалось гипогликемии, а их вес не увеличивался, что подтверждает эффективность метода.

Дальнейшие шаги и сроки испытаний

Сейчас учёные готовятся к началу клинических испытаний на людях, которые должны стартовать в 2025 году. Первоначально испытания будут проводиться на здоровых добровольцах, чтобы проверить безопасность нового метода. После этого, препарат планируется протестировать на людях с диабетом.

«Наша цель — начать с испытаний на 20-80 здоровых людей. После этого мы сможем перейти к клиническим испытаниям на пациентах с диабетом», — объясняет профессор Маккорт. Однако, прежде чем начать тестирование, серебряные частицы с инсулином должны пройти дополнительную подготовку, чтобы соответствовать строгим фармацевтическим стандартам. Важно, чтобы в каждой капсуле содержалось точное количество инсулина.

Учёные надеются, что через два-три года новое лекарство будет доступно для использования.