С Новым годом! Пусть 2025-й год принесет счастье и удачу!

 

С приближением Нового 2025 года, мы хотим поздравить всех читателей нашего блога Наука & Инновации! Желаем вам в новом году успеха, удачи, крепкого здоровья и исполнения всех желаний!

Подписывайтесь на наш блог, чтобы оставаться в курсе последних научных тенденций, открытий и инноваций.

Наука & Инновации | Telegram

Наука & Инновации | Whatsapp 

Наука & Инновации | ВКонтакте

Наука & Инновации | Дзен

Наука & Инновации | Twitter (X) 

Наука & Инновации | Mastodon

#СНовымГодом #НовыйГод2025 #НовыйГод #HappyNewYear #NewYear2025

Контроль уровня сахара в крови — важнейший фактор в замедлении возрастных изменений мозга

С возрастом мозг человека неизбежно подвергается естественным изменениям, таким как уменьшение числа нейронов и сокращение объёма мозговой ткани. Эти процессы, известные как возрастная атрофия, могут ухудшать когнитивные способности и вызывать неврологические проблемы. Несмотря на то что старение остаётся неизбежным, последние исследования показывают, что корректировка образа жизни и рациона питания способна замедлить этот процесс. В рамках международного исследования DIRECT PLUS Brain MRI учёные установили, что контроль уровня сахара в крови играет ключевую роль в поддержании здоровья мозга, а средиземноморская диета демонстрирует значительные преимущества.

Возраст мозга, определяемый с помощью данных МРТ, может отличаться от хронологического возраста, который отражает количество прожитых лет. Биологический возраст мозга отображает его фактическое состояние. Уменьшение гиппокампа и расширение боковых желудочков, часто наблюдаемое у пожилых людей, служат маркерами старения мозга. Тем не менее, у некоторых людей биологический возраст мозга оказывается значительно моложе или старше их хронологического возраста. Более молодой мозг указывает на лучшее состояние когнитивных функций, тогда как старший возраст мозга свидетельствует о повышенном риске их ухудшения.

Исследование, проведённое международной группой специалистов, показало, что определённые диетические изменения способны существенно замедлить возрастные изменения мозга. Ранее, два года назад, было установлено, что средиземноморская диета, включая её зелёный вариант (Green-Med), уменьшает атрофию мозга почти на 50% за 18 месяцев. В новом исследовании акцент сделан на механизме этого явления.

Улучшение контроля сахара в крови оказалось связанным с положительными изменениями в зонах мозга, наиболее подверженных возрастным изменениям. Анализ МРТ выявил, что снижение уровня HbA1c (показателя долгосрочного содержания сахара в крови) приводит к заметным улучшениям в таких областях, как таламус, хвостатое ядро и мозжечок. Эти структуры важны для когнитивной активности, двигательных функций и обработки сенсорной информации. Таким образом, управление уровнем сахара в крови становится одним из важнейших факторов в сохранении молодости мозга.

Преимущества средиземноморской диеты

Cредиземноморская диета, богатая растительными полифенолами, а также с низким содержанием красного мяса, уже зарекомендовала себя как эффективный инструмент для улучшения метаболического здоровья. Новые данные ещё раз подтверждают её положительное влияние на здоровье мозга, что делает эту диету перспективным средством защиты его структуры и функций.

Исследование DIRECT PLUS стало одним из крупнейших и наиболее продолжительных экспериментов с использованием МРТ для изучения изменений в мозге. В нём приняли участие около 300 человек, разделённых на три группы с разными типами питания. Измерения проводились до и после 18-месячного периода. Для оценки биологического возраста мозга использовался показатель HOC (объём гиппокампа), который обычно уменьшается с возрастом. Исследование показало, что участники, улучшившие контроль сахара в крови и достигшие нормального уровня глюкозы, продемонстрировали более значительное замедление старения мозга.

Роль гликемического контроля и полифенолов

Поддержание низкого уровня сахара в крови в сочетании со здоровым питанием и физической активностью способствует сохранению когнитивного здоровья. Полифенолы из растительных продуктов, могут проникать через гематоэнцефалический барьер и снижать воспаление в мозге, что положительно сказывается на памяти и других когнитивных функциях.

Результаты исследования подтверждают, что при помощи элементов зелёной средиземноморской диеты можно замедлить старение мозга безопасным и доступным способом.

Простой путь к улучшению когнитивного здоровья

Данное исследование стало первым крупномасштабным проектом, который показал прямую связь между изменением питания, улучшением контроля сахара в крови и замедлением старения мозга. Хотя для окончательного понимания механизмов требуется дальнейшая работа, уже сейчас ясно, что относительно несложные изменения в рационе способны существенно снизить риск возрастных когнитивных нарушений.

Электрификация тяжелого транспорта: современное состояние и перспективы развития

Переход к электрическому транспорту становится ключевым элементом в достижении целей устойчивого развития. В условиях усиливающейся озабоченности проблемами изменения климата и загрязнения окружающей среды, электрификация тяжелого транспорта является важным шагом на пути к экологически чистому будущему. В этой статье мы обсудим текущее положение дел, рассмотрим основные технологии и вызовы, а также заглянем в перспективы развития данной отрасли.

Текущее состояние и регулирование

Электрификация тяжелого транспорта пока находится на начальной стадии, однако динамика развития впечатляет. Множество стран, особенно в Европе, ужесточают нормы выбросов CO2, побуждая производителей переходить на альтернативы традиционным двигателям внутреннего сгорания.

Основные стандарты и цели:

     Европейский союз (ЕС):
   - В 2019 году были установлены первые общеевропейские нормы выбросов CO2 для тяжелых транспортных средств.
   - Цели включают сокращение выбросов на 15% к 2025 году и на 30% к 2030 году.
   - В 2023 году Европейская комиссия предложила еще более строгие цели: 45% снижения к 2030 году, 65% — к 2035 году и 90% — к 2040 году.

     Парижское соглашение:
   - Согласно соглашению, к 2030 году 45% мировых продаж тяжелого транспорта должны приходиться на электрические модели, а к 2040 году этот показатель должен достичь 100%.

     Региональные различия:
   - Европа лидирует в разработке нормативов, но Китай демонстрирует значительный рост в сегменте электрических грузовиков, а США постепенно подключаются к глобальной тенденции.

Поддержка и стимулы

Эффективный переход на электрический тяжелый транспорт невозможен без существенных финансовых вложений и государственной поддержки.

Основные меры стимулирования:

- Финансовые льготы:
  Многие страны ЕС предоставляют субсидии, налоговые льготы и снижение дорожных сборов для владельцев электрических грузовиков.
- Инвестиции в инфраструктуру:
  Создание сети зарядных станций — критически важный элемент. Особенно необходимы мощные зарядные устройства для тяжелой техники.
- Инициативы ЕС:
  Директива AFIR предусматривает строительство зарядных станций для тяжелых транспортных средств через каждые 60-100 км на основных дорогах к 2025 году.

Технологии и ключевые проблемы

Для электрификации тяжелого транспорта используются различные технологии, каждая из которых обладает своими преимуществами и ограничениями.

Основные технологии:

   Аккумуляторные электрические грузовики (BET):
   - Используют аккумуляторы для хранения энергии.
   - Плюсы: высокая энергоэффективность.
   - Минусы: ограниченный запас хода, большой вес батарей, необходимость мощных зарядных устройств.

   Грузовики на водородных топливных элементах (FCEV):
   - Работают на водороде, преобразуя его в электроэнергию.
   - Преимущества: большая дальность пробега, быстрая заправка.
   - Ограничения: высокая стоимость водородной инфраструктуры, энергозатраты на производство водорода.

   Альтернативные решения:
   - Развиваются технологии сменных аккумуляторов и двухтопливных двигателей, способных работать на водороде и традиционном топливе.

Инфраструктура и зарядные решения

Развитие инфраструктуры — важнейший аспект успешной электрификации.

Зарядка и заправка:

- Виды зарядки:
  Включают ночную зарядку (малая мощность), зарядку в пунктах назначения (средняя мощность) и быструю зарядку на маршруте.
- Мегаваттные зарядные системы (MCS):
  Эти системы предназначены для минимизации времени простоя при зарядке.
- Сменные аккумуляторы:
  Этот подход активно развивается в Китае, но требует стандартизации.
- Использование возобновляемой энергии:
  Интеграция с источниками чистой энергии позволяет уменьшить углеродный след.

Энергосети:

Рост числа электрических грузовиков увеличит нагрузку на энергосети. Для предотвращения проблем требуется модернизация инфраструктуры.

- Требования к мощности:
  Быстрая зарядка тяжелой техники требует значительных мощностей.
- Vehicle-to-Grid (V2G):
  Технология V2G позволяет возвращать энергию в сеть, что помогает балансировать нагрузку.
- Локальные энергосистемы:
  Использование местных систем может снизить нагрузку на централизованные сети.

Сравнение технологий:

Сравнительный анализ показывает, что различные технологии имеют разные эксплуатационные характеристики:

- BET:
  Запас хода — около 500 км, время зарядки — от 30 минут до нескольких часов.
- FCEV:
  Запас хода — около 1000 км, время заправки — 15 минут.
- Дизельные грузовики:
  Обладают самым большим запасом хода.

Выводы и перспективы

Электрификация тяжелого транспорта — это сложный, но крайне важный процесс для достижения климатических целей. Успех будет зависеть от следующих факторов:

- Развитие технологий:
  Постоянное улучшение аккумуляторов и водородных топливных элементов.
- Инфраструктура:
  Расширение сети зарядных и водородных станций.
- Политическая поддержка:
  Создание стимулов для производителей и потребителей.
- Сотрудничество:
  Координация усилий между правительствами, бизнесом и научным сообществом.
- Возобновляемая энергия:
  Использование чистых источников для зарядки и производства водорода.

Хотя процесс перехода на электрический тяжелый транспорт требует времени и ресурсов, он является необходимым шагом к устойчивому и экологически чистому будущему. Сотрудничество всех заинтересованных сторон и использование инновационных решений позволят успешно справиться с вызовами и приблизить нас к этой цели.

Гибкие оптоэлектронные пластыри: революция в лечении кожных ран

Разработка переносных гибких оптоэлектронных пластырей для фототерапии продолжает активно развиваться благодаря сочетанию биоразлагаемых микроигл и разноцветных нано-светодиодов с беспроводным питанием. Эта инновационная система обеспечивает стерилизацию и ускорение процесса заживления ран. Недавние исследования продемонстрировали успех использования безбатарейного оптоэлектронного пластыря для фотодинамической и световой терапии, что особенно актуально при лечении ран, осложнённых бактериальными инфекциями.

Здоровая кожа играет ключевую роль в защите организма от внешних воздействий, таких как патогены и ультрафиолетовое излучение. Однако при серьёзных повреждениях, включая ожоги, травмы, хирургические вмешательства или хронические заболевания (например, диабет), восстановительные функции кожи могут существенно снижаться. Более того, инфекционные процессы, вызванные бактериями, остаются основной проблемой в процессе заживления. Именно поэтому подавление бактериального роста стало важным направлением в исследованиях и разработках методов восстановления тканей.

Инновационный фототерапевтический пластырь объединяет в себе светодиодный источник, работающий от резонансной катушки, и биоразлагаемые микроиглы, которые содержат фотосенсибилизирующие вещества. Такой подход позволяет создать гибкое устройство для лечения инфекционных кожных ран. Пластырь использует встроенную катушку резонансной связи, работающую на частоте 13,56 МГц, для беспроводной передачи энергии от внешнего источника. Это исключает необходимость в батареях, повышая мобильность устройства. Комплекс синих и красных микросветодиодов равномерно распределяет свет, обеспечивая стабильную и непрерывную терапию.

Микроиглы пластыря изготовлены из биоразлагаемого материала на основе поливинилового спирта (ПВС) и гиалуроновой кислоты (ГК). Эти материалы позволяют контролировать высвобождение фотосенсибилизатора — 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК), а также эффективно передавать видимый свет в глубокие слои кожи. Эксперименты с использованием модели мышиной кожной инфекции продемонстрировали высокую эффективность пластыря в фотодинамической антимикробной терапии и фототерапии in vivo. Полученные результаты подтверждают значительный терапевтический потенциал устройства.

Ожидается, что благодаря своей минимальной инвазивности, эффективности и портативности данный фототерапевтический пластырь станет востребованным инструментом для лечения кожных повреждений. Кроме того, разработка этого устройства открывает новые перспективы для создания компактных и удобных систем лечения.

Создан инновационный тест для быстрого выявления сальмонеллы

Химики разработали усовершенствованный способ оперативного обнаружения сальмонеллы. Основой метода стала бумажная тест-полоска, меняющая цвет при взаимодействии с бактериальным геномом, что позволяет за считанные часы определить наличие патогена в продуктах питания.

В отличие от традиционных методик, на выполнение которых требуется несколько дней, новый тест обеспечивает результат менее чем за четыре часа. Он не только быстрее, но и способен различать два наиболее распространенных штамма сальмонеллы. При этом стоимость одного анализа значительно ниже, чем у аналогов.

Сальмонелла является одним из самых распространенных патогенов, передающихся через пищу, что делает проблему её выявления крайне актуальной для обеспечения глобальной безопасности продуктов. Заражение обычно происходит, когда пища контактирует с фекалиями животных в процессе производства или транспортировки. К основным источникам риска относятся сырое и недостаточно термически обработанное мясо, птица, яйца, морепродукты и свежие овощи. Кроме того, случаи заражения были связаны даже с обработанными продуктами, такими как арахисовое масло и замороженные изделия.

Предложенный метод выявления сальмонеллы сочетает в себе несколько молекулярных технологий для обнаружения патогена в образцах продуктов. Он разработан как простой, быстрый и доступный инструмент, который отвечает насущной необходимости в более эффективных методах диагностики пищевых патогенов. Возможность оперативно идентифицировать и устранить источник загрязнения может снизить риск распространения инфекций, защитить уязвимые группы населения и минимизировать нарушения в цепочке поставок.

Сальмонеллёз — заболевание, вызванное инфекцией сальмонеллы, — сопровождается острыми симптомами со стороны желудочно-кишечного тракта и лихорадкой. Хотя болезнь часто проходит без лечения, тяжелые случаи требуют госпитализации, особенно у детей, пожилых и людей с ослабленным иммунитетом.

Для предприятий пищевой промышленности и ресторанов мониторинг сальмонеллы является не только вопросом здоровья, но и важной бизнес-задачей. Вспышки заболеваний чреваты значительными затратами, включая дорогостоящий отзыв продукции, потерю доверия клиентов и возможные юридические последствия, что может серьёзно повлиять на финансовую и репутационную стабильность.

Совершенствование технологий диагностики

Новый тест основан на использовании системы редактирования генов CRISPR-Cas12a в сочетании с методом амплификации рекомбиназной полимеразы (RPA) и молекулярным переключателем, который вызывает изменение цвета на бумажной полоске. Если образец заражён, полоска становится красной, если нет — жёлтой.

Этот подход отличается высокой скоростью, точностью и специфичностью. Он может обнаруживать всего 100 копий бактериального генома и различать два ключевых серотипа: S. Typhimurium и S. Enteritidis. Определение конкретного штамма позволяет установить источник вспышки и выбрать оптимальную тактику лечения.

Одним из преимуществ новой системы является её минимальная вероятность ложноположительных результатов. Другие методы, например, с использованием наночастиц или сложного оборудования, нередко уступают по точности, что ограничивает их применение на практике.

Кроме того, методика экономически выгодна. Благодаря использованию небольших бумажных дисков или полосок, вместо более дорогих реактивных контейнеров, требуется минимальное количество исследуемого раствора, что делает тест примерно в 20 раз дешевле.

Портативное и универсальное решение

В отличие от традиционных методов, новый тест не требует сложного лабораторного оборудования и может использоваться в самых различных условиях — от ферм до ресторанов и складов.

Разработчики стремятся создать компактный, удобный в использовании набор, который можно будет применять на всех этапах производства и поставки продуктов. Это позволит выявлять вспышки инфекции ещё до их масштабного распространения. Кроме того, такой инструмент станет полезным для инспекторов санитарной службы и работников ресторанов, помогая соблюдать гигиенические нормы и обеспечивать безопасность продуктов.

Гибкость конструкции позволяет адаптировать систему для выявления других патогенов. Изменив РНК-элемент, тест можно запрограммировать на обнаружение бактерий, таких как кампилобактерии или кишечная палочка, выделяющая шига-токсин. Эти микроорганизмы ежегодно становятся причиной миллионов случаев госпитализации и значительных экономических потерь в пищевой отрасли.

Новый метод демонстрирует возможности синтетической биологии в разработке многофункциональных диагностических инструментов, способных существенно повысить эффективность борьбы с патогенами.

Энергия как основа жизни: от молекулярных механизмов до экосистем

 

Энергия – это основа всех биологических процессов, без которой невозможна жизнь. В новом исследовании, рассматривается роль энергии на различных уровнях организации живых систем: от клеток до экосистем. Исследователи выделяют ключевые аспекты того, как энергия захватывается, преобразуется и используется живыми организмами.

Роль энергии в биологических системах  

Энергия является необходимым ресурсом для поддержания структуры и функций биологических систем. Она используется для роста, размножения, реакции на стимулы окружающей среды, поддержания температурного баланса и выполнения множества других процессов. Основные типы энергии, значимые для биологических систем, включают:  

Химическая энергия – основа синтеза биомолекул, таких как белки, углеводы и нуклеиновые кислоты. Организмы получают ее через процессы, такие как клеточное дыхание и фотосинтез.  
Световая энергия – особенно важна для фотосинтеза, где она преобразуется в химическую энергию.  
Тепловая энергия – помогает регулировать температуру тела и участвует в метаболических процессах.  
Механическая энергия – используется в мышечных сокращениях, движении и других физических активностях.  

Энергия и клеточные процессы  

Клетки зависят от энергии для поддержания мембранной целостности, синтеза молекул АТФ (основного источника энергии), а также для осуществления таких процессов, как потенциалы действия и синаптическая передача в нервной системе. Например, синаптическая пластичность, регулирующая эффективность передачи сигналов между нейронами, требует значительных энергетических затрат.  

Энергия и взаимодействия растений с окружающей средой  

Энергия играет ключевую роль в функционировании ризосферы – области почвы вокруг корней растений. Процессы, такие как поглощение питательных веществ, взаимодействие с микробами и выделение органических соединений (эксудация), требуют АТФ. Взаимодействие растений с полезными микроорганизмами, такими как микоризные грибы и азотфиксирующие бактерии, также зависят от доступности энергии.  

Биолюминесценция как пример эффективного использования энергии

Уникальный пример использования энергии – биолюминесценция у кальмара Euprymna scolopes. Этот процесс требует молекул АТФ и осуществляется через взаимодействие ферментов (например, люциферазы) с молекулами люциферина. Благодаря своей эффективности, биолюминесценция выполняет функции коммуникации, защиты от хищников и маскировки.  

Энергия молний и их влияние на биологические системы  

Молнии, как форма экстремальной энергии, способны вызывать химические реакции в атмосфере, включая фиксацию азота. Это может способствовать обогащению почвы нитратами, но при избытке может вызывать кислотные дожди и повреждение экосистем.  

Энергия лежит в основе жизнедеятельности всех организмов, от поддержания клеточных процессов до глобальных экосистемных изменений. Понимание механизмов захвата и использования энергии помогает не только понять биологические системы, но и разработать устойчивые подходы к управлению природными ресурсами и экосистемами.

Данные спутника NASA PACE стали доступны общественности

https://search.earthdata.nasa.gov/       

Теперь каждый желающий может получить доступ к данным, собранным новым спутником NASA, предназначенным для изучения Земли. Эта миссия предоставляет уникальную информацию о состоянии океанов, качестве воздуха и последствиях изменений климата. Спутник PACE (аббревиатура от «Планктон, аэрозоль, облако, океаническая экосистема»), который был запущен 8 февраля, после нескольких недель тестирования оборудования и приборов стал готов к предоставлению данных в открытом доступе.

Миссия PACE включает три основных инструмента. Один из них — Ocean Color Instrument (OCI), разработанный в Центре космических полетов имени Годдарда NASA. Этот прибор позволяет наблюдать за океанами, сушей и атмосферой на более чем 200 различных длинах волн, включая ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны. OCI особенно хорошо подходит для изучения фитопланктона, который формирует основу морских экосистем.

Поляриметры HARP2, созданные учеными и инженерами из Университета Мэриленда в округе Балтимор (UMBC), и SPEXOne, разработанные совместно Нидерландским институтом космических исследований (SRON) и Airbus Netherlands BV, измеряют отражённый свет от облаков и частиц в атмосфере. Эти частицы, называемые аэрозолями, включают пыль, дым, морские соли и другие вещества.  

Данные поляриметров PACE позволяют учёным анализировать свойства облаков и отслеживать аэрозоли в атмосфере. Эти исследования помогут лучше понимать качество воздуха и взаимодействие аэрозолей с облаками, что важно для прогнозирования климатических изменений.  

Особое внимание учёные уделяют изучению антропогенного загрязнения воздуха и его влияния на формирование облаков. Типы аэрозолей, их размер и форма играют важную роль в оценке их воздействия на здоровье человека. Кроме того, способность аэрозолей поглощать или рассеивать солнечный свет влияет на климат, вызывая либо потепление, либо охлаждение планеты в зависимости от условий.  

Также учёные планируют использовать данные PACE для изучения того, как богатые питательными веществами аэрозоли поступают в океан и как морские экосистемы реагируют на этот источник питательных веществ.

PACE: новое «окно в атмосферу» для учёных  

Инструменты PACE открывают новые возможности для измерения параметров атмосферы, недоступных ранее. Эти данные предоставляются всем желающим бесплатно, что позволит использовать их в исследованиях и приложениях на протяжении десятилетий.  

Записи, созданные приборами PACE, будут сохраняться, независимо от изменений на Земле, предоставляя богатую информацию для будущих исследований. Помимо изучения аэрозолей, облаков и энергетического баланса планеты, эти данные могут быть использованы для различных целей, многие из которых пока даже трудно себе представить.  

На протяжении многих лет учёные будут разрабатывать проекты для анализа информации, предоставленной PACE, что только увеличит её значимость для науки и общества.

Хотите понять, что такое искусственный интеллект (ИИ) и чем он может быть полезен? Давайте разберемся в этом подробнее.

ИИ значительно шире, чем просто чат-боты. Его влияние распространяется на множество сфер, улучшая повседневную жизнь незаметными, но эффективными способами.

Искусственный интеллект уже давно стал частью нашей реальности. Мы неизбежно сталкиваемся с ним — используя, управляя, создавая или даже взаимодействуя с ним.

Но что же представляет собой ИИ? Хотя детальное знание его внутреннего устройства не обязательно, каждому важно понимать его возможности.

ИИ выходит далеко за рамки чат-ботов. Чтобы лучше разобраться в этом, рассмотрим так называемый «стек возможностей», который описывает ключевые функции современных систем ИИ.

Современные ИИ-системы обладают семью основными функциями, каждая из которых основывается на предыдущей. Эти функции можно расположить от простых к сложным: распознавание, классификация, прогнозирование, рекомендации, автоматизация, генерация и взаимодействие.

Распознавание

На базовом уровне ИИ используется для обнаружения закономерностей. В отличие от традиционного программирования, где инструкции прописываются вручную, ИИ обучается на больших объемах данных, чтобы распознавать эти закономерности. Это обучение — процесс сложных математических вычислений, в результате которого формируются вероятностные модели, закодированные в нейронных сетях.

Пример использования — распознавание лица для разблокировки телефона или проверки документов на границе. Такие технологии окружают нас повсюду: от распознавания номерных знаков на парковках до контроля качества на производстве, диагностики заболеваний на МРТ или обнаружения выбоин на дорогах с помощью автобусов, оснащенных камерами.

Классификация

Научившись распознавать закономерности, ИИ может различать их тонкие вариации и классифицировать. Например, приложения для фото автоматически сортируют изображения по лицам или типам объектов, а банковские системы идентифицируют подозрительные операции. Эта функция также активно используется для фильтрации спама и предотвращения мошенничества.

Прогнозирование

Обучившись на данных из прошлого, ИИ может предсказывать будущее. Авиакомпании, например, рассчитывают время прибытия рейсов и распределяют выходы на посадку, чтобы избежать задержек. Google Flights прогнозирует задержки рейсов ещё до официального объявления.

В Гонконге ИИ помогает государству экономить средства, своевременно определяя необходимость вмешательства в проекты, чтобы избежать перерасхода бюджета. А Amazon использует ИИ для прогнозирования спроса и оптимизации доставки товаров.

Рекомендации

Следующим этапом после прогнозирования являются рекомендации. Благодаря ИИ обеспечивается безопасность на массовых мероприятиях, где анализируются данные о движении толпы. Социальные сети, стриминговые платформы и онлайн-магазины предлагают персонализированные рекомендации, анализируя ваше поведение. Даже фермеры используют ИИ для улучшения ухода за животными, например, отслеживая состояние свиней и получая советы по их здоровью.

Автоматизация

Рекомендации плавно переходят в автоматизацию. Ветряные турбины в Германии замедляются, чтобы защитить пролетающих птиц. Водопроводные компании используют ИИ для регулирования насосных систем, снижая затраты на электроэнергию. А автобусы, оснащённые ИИ, получают приоритет на перекрёстках, чтобы сократить задержки.

Генерация

ИИ способен не только распознавать, но и создавать. Он генерирует изображения, текст, аудио и видео, используя изученные шаблоны. Современные смартфоны позволяют улучшать фотографии, а инструменты вроде Runway и ElevenLabs создают видео и синтетические голоса. Генеративные модели, такие как ChatGPT, революционизируют работу с текстами и программным кодом, экономя время на сложных задачах.

Взаимодействие

Генеративный ИИ также позволяет создавать системы, которые имитируют человеческое общение. Цифровые помощники могут записывать заметки во время встреч, отвечать на вопросы сотрудников и даже развлекать пользователей. Такие технологии активно развиваются и становятся всё более повседневными.

Хотя вокруг генеративного ИИ сегодня много шума, важно помнить, что его возможности простираются намного дальше чат-ботов. Он помогает нам в самых разных аспектах жизни, часто оставаясь незаметным, но крайне полезным инструментом.

Революция в персонализированной медицине: новые технологии для улучшения жизни пациентов

Пациент с ампутированной конечностью управляет встроенным протезом, используя свои собственные мышцы. Военный врач применяет 3D-принтер для создания костей, необходимых для лечения травм прямо на месте. Саморазрушающиеся материалы помогают костной ткани восстанавливаться, а затем исчезают из организма, как будто их и не было.

Эти технологии, напоминающие сюжет научно-фантастического фильма, уже сегодня становятся реальностью благодаря междисциплинарным исследованиям, направленным на создание инновационных медицинских решений для улучшения качества жизни пациентов.

Лечение костей с использованием 3D-структур

Биомедицинские учёные разрабатывают методику, позволяющую восстанавливать кости без применения постоянных металлических имплантатов.

Традиционные способы лечения переломов предполагают использование пластин и винтов, которые остаются в организме навсегда. Однако современные исследования нацелены на создание биорастворимых технологий, которые способствуют восстановлению костной ткани, не оставляя посторонних элементов в теле пациента.

Организм может регенерировать часть утраченной костной ткани, но для более серьёзных повреждений используются трансплантаты, каждый из которых имеет свои недостатки. Аутотрансплантация требует изъятия костного материала из других частей тела, что создаёт дополнительную рану. Аллотрансплантаты из донорского материала сопряжены с риском иммунологического отторжения.

На смену этим подходам приходят высокопористые полимерные каркасы, созданные и запатентованные исследователями. Эти 3D-структуры служат как шаблон для регенерации костной ткани, направляя её рост в нужном направлении.

Как строительные леса помогают возводить здания, так и эти каркасы создают пространство, в которое может врастать новая костная ткань. Использование временных имплантатов, которые растворяются после завершения процесса заживления, позволяет избежать длительного присутствия посторонних предметов в теле пациента.

Технология 3D-печати играет ключевую роль в персонализированном подходе к лечению ортопедических травм. Она позволяет создавать костные структуры, суставы и каркасы, адаптированные под индивидуальные потребности каждого пациента. В будущем больницы смогут печатать необходимые детали на месте, вместо того чтобы хранить широкий ассортимент стандартных ортопедических устройств.

Представьте операционные центры нового поколения, где в центре находится производственный модуль, а операционные залы располагаются вокруг него. Такой подход сделает технологию доступной для военных, глубоководных экспедиций и даже космических миссий.

Экономия времени и ресурсов благодаря 3D-печати

Уже сейчас лаборатории разрабатывают регенеративные имплантаты, которые безопасно разлагаются в организме. Эта технология позволяет создавать сложные формы и структуры, оптимально подходящие для каждого конкретного случая.

В отличие от традиционных методов, требующих обработки цельного материала, 3D-печать позволяет проектировать необходимые детали на основе цифровых данных КТ или МРТ и производить их напрямую из виртуальной модели. Такой подход экономит 30-70% времени и снижает затраты.

Учёные идут дальше, печатая не только кости и каркасы, но и сухожилия, которые соединяют кости с мышцами. Эти искусственные сухожилия проходят испытания на прочность и гибкость, чтобы максимально соответствовать своим природным аналогам.

Инновационные протезы, восстанавливающие функции и чувствительность

Разработки в области 3D-печати сухожилий дополняют исследования по созданию имплантируемых протезов конечностей. Цель этих протезов — стать анатомически реалистичным продолжением тела пациента.

Концепция, известная как кинопластика, была впервые испытана после Второй мировой войны, но тогдашние методы были неудобными и ограничивали подвижность. Современные учёные стремятся интегрировать протезы с оставшимися мышцами и кожей пациента, чтобы восстановить естественные ощущения, такие как давление и температура.

Преимущество нового подхода в том, что протезы становятся частью тела пациента, позволяя ему чувствовать движение и воспринимать устройство как продолжение себя. Это особенно важно, так как до 40% людей с ампутированными конечностями отказываются от использования традиционных протезов из-за их неудобства.

Биоматериалы и взаимодействие с клетками

Исследования в области 3D-печати требуют тщательного изучения реакции клеток на новые биоматериалы. Для этого учёные используют стволовые клетки, выделенные из тканей, таких как жировая ткань, чтобы понять, как они взаимодействуют с искусственными структурами.

Изучение поведения клеток начинается с анализа их потребностей: какая среда способствует их активности? Когда свойства клеток изучены, учёные переходят к разработке биоматериалов, совместимых с ними. Материалы для 3D-печати должны обеспечивать здоровую и естественную реакцию клеток, будь то кость, хрящ или нервная ткань.

Конечная цель — создать технологии, способные справляться с любыми травмами, от простых переломов до сложных повреждений, и внедрить эти разработки в клиническую практику. Это синергия науки и медицины, ведущая к трансформации лечения и улучшению качества жизни пациентов.

Солнечная искра и потенциал водорода

Учёные разработали новый катализатор на основе нанолистов, способный эффективно расщеплять воду с использованием солнечного света и электрической энергии. Эта технология открывает путь к производству чистого водорода для энергетических нужд.

Ещё в XIX веке британские исследователи открыли, что пропускание электрического тока через воду приводит к её расщеплению на водород и кислород, сопровождаясь характерным шипением и образованием пузырьков. Сегодня этот процесс, известный как электролиз воды, рассматривается как экологически безопасный метод получения водорода, не сопровождающийся выбросами углекислого газа.

Современные технологии расщепления воды используют возобновляемую энергию в электрохимических системах, где катализаторы помогают ускорить разделение воды на составляющие. Полученный водород служит чистым топливом, единственным побочным продуктом которого является вода, что делает его привлекательным для устойчивой энергетики.

Катализаторы играют решающую роль в этом процессе, так как они снижают энергетические затраты и ускоряют реакцию. Однако существующие сегодня катализаторы зачастую не обладают достаточной эффективностью, что ограничивает их массовое применение и делает производство водорода более дорогим.

Чтобы преодолеть эти препятствия, группа учёных сосредоточилась на создании более эффективного и доступного катализатора для электролиза воды. Они внедрили кремний (Si) в нанолисты из слоистого двойного гидроксида цинка и алюминия (ZnAl-LDH), чтобы повысить их производительность при воздействии солнечного света.

Нанолисты идеально подходят для таких задач благодаря своей двумерной структуре, которая улучшает поглощение света, ускоряет разделение и транспортировку фотовозбуждённых зарядов, а также увеличивает количество активных каталитических центров. Всё это делает их более эффективными по сравнению с традиционными материалами.

Использование солнечной энергии позволяет сократить потребление электроэнергии, делая процесс более энергоэффективным и снижая его стоимость.

Для создания усовершенствованного катализатора учёные использовали метод химического отшелушивания, который позволяет получать ультратонкие слои материала. Эти слои предоставляют большую активную поверхность, что способствует улучшению процессов, таких как расщепление воды.

Проведённые испытания в трёхэлектродной системе под воздействием света показали впечатляющие результаты. Введение кремния улучшило транспортировку зарядов и увеличило количество реактивных центров, что снизило энергозатраты и повысило эффективность катализатора по сравнению с традиционными аналогами.

Эти исследования продемонстрировали, что комбинирование солнечной энергии и электричества может обеспечить доступный и высокоэффективный способ производства экологически чистого водорода. Сейчас команда работает над дальнейшим улучшением структуры нанолистов, чтобы повысить их производительность и масштабируемость в реальных условиях.

Тайны природы: новые открытия благодаря искусственному интеллекту

 

Современные ученые активно используют новейшие компьютерные технологии для создания масштабных баз данных природных соединений, которые находят применение в разработке лекарственных препаратов и других областях.

Природа — неисчерпаемый источник молекул, обладающих уникальными свойствами, способных улучшать здоровье и качество жизни. Растения и грибы давно стали кладезем соединений, способных бороться с болезнетворными организмами и способствовать долголетию. Однако большая часть этого химического богатства остается неизведанной.

Исследователи подчеркивают, что изучение природных химических соединений имеет огромный потенциал. Тем не менее, традиционные методы поиска новых молекул зачастую оказываются медленными и не гарантируют успеха.

«Классический способ изучения природных соединений заключается в анализе экстрактов растений или других природных образцов в надежде найти вещества с нужной биологической активностью», — объясняют специалисты.

С внедрением искусственного интеллекта эти ограничения удалось преодолеть. Новые технологии позволяют не только искать молекулы с заданными свойствами, но и создавать их. Искусственный интеллект помогает генерировать структуры, напоминающие природные соединения, и одновременно предсказывать их активность.

В своем исследовании ученые применили архитектуру машинного обучения LSTM (long short-term memory) для создания базы данных натуральных соединений. Эта технология особенно эффективна при работе с последовательными данными, что позволяет моделировать сложные молекулярные структуры с высокой точностью. Создаваемые молекулы должны соответствовать строгим критериям — быть новыми, химически обоснованными, а также обладать большим разнообразием физических и химических свойств. Такие требования гарантируют качество и полезность базы данных.

Исследовательская группа обучила свою модель на базе данных COCONUT — открытой библиотеке известных природных соединений. В результате они создали новую базу данных, включающую более 67 миллионов структур, напоминающих натуральные молекулы. Это значительно превосходит число соединений в самой COCONUT, где содержится около 400 тысяч молекул. Новая база данных отличается не только своим масштабом, но и экономической эффективностью по сравнению с коммерческими библиотеками природных соединений.

Для проверки своей модели ученые провели сравнение новой базы данных с независимым набором данных из 81 384 записей из COCONUT, которые не использовались при обучении модели. Результаты показали, что новая библиотека успешно воспроизвела 37% известных природных соединений. Кроме того, анализ продемонстрировал, что созданные молекулы по своим характеристикам и путям биосинтеза практически идентичны тем, что содержатся в COCONUT.

Эти результаты подтверждают эффективность глубокого генеративного машинного обучения в открытии и создании природных соединений. Ученые уже строят планы по использованию этих технологий в разных отраслях.

Например, созданная библиотека может стать основой для разработки экологически чистых альтернатив химическим веществам, производимым из нефти. Исследователи уверены, что эти молекулы найдут применение в самых разных сферах — от создания новых терапевтических средств до разработки эффективных инсектицидов. Более того, новая база данных открывает возможности для точного анализа и дальнейших инноваций.

Водородное будущее: глобальный взгляд на новый энергетический порядок

Водород уверенно занимает ключевое место в обсуждениях будущей энергетики. Его гибкость, экологичность и способность обеспечивать энергию без выбросов углерода делают его незаменимым инструментом для достижения глобальных целей по декарбонизации.

Почему водород так важен?
 
Водород может стать основой новой энергетической системы, предлагая чистую альтернативу ископаемым источникам топлива. Его применение возможно в широком спектре отраслей: от промышленного производства и транспорта до энергетики и длительного хранения энергии.

Преимущества водорода включают:  
Экологичность: При сжигании или использовании в топливных элементах водород не производит углекислый газ.  
Гибкость: Водород может быть произведён из различных источников, таких как возобновляемая энергия или природный газ.  
Масштабируемость: Технологии производства и использования водорода уже разрабатываются, хотя ещё требуют значительных инвестиций.

Возможности для мирового рынка
 
Мировое производство водорода сейчас находится на начальной стадии, но его потенциал огромен. Для достижения климатических целей до 2050 года потребление низкоуглеродного водорода должно вырасти с 1 млн тонн до сотен миллионов тонн в год. Чтобы это стало возможным, необходимы изменения на всех этапах цепочки поставок: производство, транспортировка, хранение и конечное использование.

Особое внимание уделяется двум основным типам водорода:  
Зелёный водород — производится с помощью электролиза воды на возобновляемых источниках энергии.  
Синий водород — производится из природного газа с применением технологий улавливания углерода.  

Каждый из этих путей обладает своими преимуществами, но для их масштабного внедрения требуется значительное снижение стоимости технологий.

Проблемы и вызовы
 
Главные барьеры для развития глобального водородного рынка включают:  
Высокая стоимость производства - Зелёный водород остаётся дорогим по сравнению с традиционными источниками энергии.  
Недостаток инфраструктуры - Для транспортировки и хранения водорода необходимы специальные трубопроводы и терминалы.  
Отсутствие стандартов - Необходима гармонизация международных норм и систем сертификации.  

Для преодоления этих препятствий нужно стимулировать развитие водородного рынка с помощью государственных субсидий, налоговых льгот и инвестиций в научные исследования.

Роли регионов мира в развитии водорода
 
Разные регионы мира обладают уникальными возможностями для производства и использования водорода:  
Ближний Восток и Северная Америка - могут стать крупнейшими экспортёрами благодаря дешёвым источникам природного газа и солнечной энергии.  
Европа и Восточная Азия — основные регионы-импортёры из-за высокой потребности в чистой энергии и ограниченных ресурсов для местного производства.  

Будущее водорода: инвестиции и перспективы
 
На сегодняшний день более 1570 проектов, связанных с водородом, анонсированы по всему миру. Общий объём инвестиций до 2030 года превышает 680 млрд долларов, причём значительная часть этих средств направлена на производство зелёного водорода. Однако лишь 75 млрд из них уже достигли стадии реализации.

Требуется необходимость координации между странами и регионами для создания глобального рынка водорода. Международное сотрудничество, такие как двусторонние соглашения по водороду, уже становится ключевым элементом этого процесса.
 
Водород обладает потенциалом радикально изменить мировой энергетический порядок. Однако его внедрение требует комплексного подхода, включающего технологические, экономические и политические изменения. При наличии достаточной поддержки со стороны государств и бизнеса водород может стать основой новой чистой экономики, обеспечивая не только энергетическую безопасность, но и устойчивое развитие планеты.

Создание глобального водородного рынка — это вызов и возможность одновременно. Водород способен стать ключевым элементом в борьбе с изменением климата, предлагая эффективное и экологически чистое решение для самых сложных отраслей. Уже сейчас можно сказать, что будущее — за водородом.

Чип работающий на световых волнах

Группа инженеров представила инновационный чип, использующий свет вместо электричества для выполнения сложных математических операций, необходимых при обучении систем искусственного интеллекта. Этот подход обещает не только значительно ускорить вычислительные процессы, но и снизить энергозатраты компьютеров.

Основой этой разработки стал кремниево-фотонный (SiPh) чип, сочетающий передовые методы манипулирования наноматериалами для проведения математических вычислений с использованием света — самого быстрого носителя информации. Эта технология соединена с кремниевой платформой, базирующейся на широко доступном и недорогом материале, который уже применяется в массовом производстве микрочипов.

Использование световых волн для взаимодействия с материалами открывает перспективу создания компьютеров, способных преодолеть ограничения современных полупроводниковых технологий, корни которых уходят в 1960-е годы, эпоху зарождения компьютерной революции.

О своих результатах исследователи рассказали в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics. Главной задачей команды стало создание платформы для выполнения операции умножения матриц на векторы — базового математического процесса, лежащего в основе работы нейронных сетей, ключевой архитектуры современных систем искусственного интеллекта.

Для достижения этой цели инженеры изменили традиционную конструкцию кремниевых пластин. Вместо стандартной высоты они сделали кремний тоньше — до 150 нанометров — в отдельных областях. Такие изменения, даже без добавления новых материалов, позволяют контролировать движение света внутри чипа. Эти варьирующиеся по высоте участки направляют световые волны таким образом, чтобы они рассеивались по заданным шаблонам, что позволяет выполнять вычисления со скоростью света.

Исследователи подчеркивают, что разработка уже готова к внедрению в коммерческих продуктах, благодаря сотрудничеству с промышленным предприятием, которое произвело чип. Технология может быть адаптирована для использования в графических процессорах (GPU), спрос на которые стремительно растет в связи с развитием ИИ. Кремниево-фотонная платформа может выступать в роли вспомогательной технологии, ускоряющей процессы обучения и классификации в нейронных сетях.

Помимо очевидных преимуществ в скорости и энергоэффективности, новый чип также предлагает высокий уровень конфиденциальности. Благодаря способности выполнять многие вычисления одновременно, отпадает необходимость сохранять данные в оперативной памяти. Это делает компьютеры, основанные на такой технологии, практически невосприимчивыми к кибератакам. "Невозможно взломать память, которой не существует," — заявляют исследователи, подчеркивая уникальные свойства новой системы.

Биоинженерные дрожжи и производство растительных лекарств

Производство фитопрепаратов в промышленных масштабах часто сталкивается с большими трудностями. Однако группа ученых в области биоинженерии разработала способ, который позволяет дрожжам синтезировать активные молекулы лекарственных растений в ферментерах с рекордной концентрацией. Этот прорыв также открывает новые перспективы для микробиологического производства других растительных соединений.

Лекарственные растения известны своими положительными воздействиями на здоровье, но их массовое производство зачастую невозможно. Примером является артепиллин С, обладающий антимикробным, противовоспалительным, антиоксидантным и противораковым действием. В настоящее время это соединение получают из продуктов пчелиного производства, что ограничивает его доступность и стоимость. Альтернативным решением стало использование генетически модифицированных микроорганизмов, которые могут выращиваться в лабораторных условиях. Тем не менее, реализация этой идеи связана с рядом технических сложностей.

Артепиллин С — это биологически активное вещество растительного происхождения. Его основным коммерческим источником является бразильский зелёный прополис, но в природе оно также встречается в некоторых растениях, таких как полынь. Однако содержание артепиллина С в этих источниках невелико и нестабильно, а получаемые смеси включают множество других соединений, что делает его промышленное производство крайне сложным.

Для синтеза артепиллина С учёным потребовалось определить ключевой фермент, участвующий в его производстве. Недавно исследователи открыли растительный фермент, который играет решающую роль в биосинтезе этого соединения. После этого они внедрили ген, кодирующий данный фермент, в дрожжи Komagataella phaffii. Эти дрожжи обладают рядом преимуществ: они эффективнее синтезируют соединения данного класса, могут выращиваться при высокой плотности клеток и, в отличие от пивных дрожжей, не продуцируют алкоголь, что улучшает условия для их роста.

Результаты эксперимента показали, что модифицированные дрожжи производят артепиллин С в десять раз больше, чем было возможно ранее. Исследователи достигли этого благодаря тщательной оптимизации всех стадий молекулярного пути синтеза. Ещё одна проблема заключалась в том, что артепиллин С плохо выделяется в питательную среду и накапливается внутри клеток. Поэтому учёным пришлось выращивать дрожжевые клетки до высокой плотности, устраняя мутации, которые препятствовали их росту.

Учёные уже наметили пути для дальнейшего улучшения этого процесса. Один из подходов заключается в модификации ключевого фермента, чтобы повысить эффективность финального этапа синтеза, или в увеличении количества доступных предшественников для реакции. Другой вариант — это создание транспортного механизма, который будет выводить артепиллин С из клеток в питательную среду, одновременно удерживая предшественники внутри клетки. Такая модификация транспортных белков может значительно повысить выход продукта.

Значимость этого исследования выходит далеко за рамки производства артепиллина С. В природе существует множество соединений с похожей химической структурой. Опыт, накопленный в ходе разработки микробиологического синтеза артепиллина С, может быть использован для создания аналогичных методов производства других растительных молекул с высокой ценностью для медицины и фармацевтики.

Ученые выяснили, как чрезмерное потребление красного мяса увеличивает риск колоректального рака

Новое научное исследование проливает свет на взаимосвязь между содержанием железа в пище и прогрессированием онкологических заболеваний, открывая перспективы для создания целевых методов лечения.

Специалисты установили важную связь между избыточным употреблением красного мяса и увеличением риска возникновения колоректального рака. Полученные результаты могут привести к разработке новых терапевтических подходов, направленных на ингибирование теломеразы — фермента, который играет ключевую роль в развитии опухолей.

«Красным мясом считаются такие виды, как говядина, свинина, баранина и мясо диких животных, к белому мясу относятся курица, индейка и крольчатина. Красное мясо сохраняет насыщенный красный цвет в сыром виде, тогда как белое мясо имеет светлый оттенок».

Колоректальный рак, поражающий толстую и прямую кишку, занимает третье место среди самых распространенных видов онкологии и является второй ведущей причиной смертности от рака. Хотя известно, что на развитие рака влияют как генетические факторы, так и образ жизни, включая питание, точные механизмы, связывающие потребление красного мяса с этим заболеванием, до последнего времени оставались не до конца понятными.

Исследование, опубликованное в авторитетном журнале Cancer Discovery, показало, что железо, содержащееся в красном мясе, способствует активации теломеразы — фермента, который удлиняет концы хромосом, что приводит к прогрессированию колоректального рака. Этот прорыв помогает понять, как именно пищевые привычки влияют на развитие онкологических заболеваний.

Новаторский подход к лечению

Учёные также предложили перспективный способ борьбы с болезнью. В ходе работы исследовательская группа выявила, что небольшая молекула SP2509 способна предотвращать активацию теломеразы в раковых клетках, блокируя взаимодействие железа с этим ферментом. Эксперименты на клеточных линиях показали, что SP2509 не только останавливает активацию теломеразы, но и замедляет рост опухоли. Это открытие представляет новую стратегию лечения колоректального рака.

Изучение роли железа в активации теломеразы открывает широкие перспективы для разработки эффективных методов борьбы с этим типом рака. Будущие исследования будут направлены на оптимизацию терапевтических стратегий, учитывающих данный механизм. Учёные надеются, что малые молекулы, такие как SP2509, смогут существенно изменить подходы к лечению и улучшить прогноз для пациентов во всем мире.

Методы и результаты исследования

Чтобы понять, каким образом высокое содержание железа влияет на развитие колоректального рака, исследовательская группа изучила образцы тканей пациентов, применяя передовые лабораторные модели и анализируя линии клеток. Совместно с медицинскими специалистами было показано, что железо взаимодействует с чувствительным к нему белком под названием пирин, что приводит к активации теломеразы в раковых клетках. Это, в свою очередь, способствует их бесконтрольному размножению.

Дополнительный химический анализ показал, что молекула SP2509 может конкурировать с железом за взаимодействие с пирином, эффективно подавляя активацию теломеразы. Эти данные открывают не только новые терапевтические возможности, но и проливают свет на молекулярные механизмы, связывающие избыточное употребление богатого железом красного мяса с колоректальным раком.

Новый подход к созданию перерабатываемых полимеров на основе растений

Учёные разработали метод, позволяющий превращать целлюлозу — природный компонент растительной биомассы — в молекулы, которые можно использовать для создания инновационных полимеров, способных экологически заменить некоторые виды пластмасс.  

Этот прорыв в области переработки растительных материалов открывает новые возможности для снижения уровня загрязнения пластиком. Исследователи нашли универсальный способ получения разнообразных полимеров из химических соединений, выделяемых из целлюлозы. Примечательно, что эти материалы поддаются полной переработке.  

Целлюлоза является наиболее распространённым компонентом растительной биомассы и выполняет важную функцию в клеточных стенках растений. Она легко добывается из отходов, таких как солома или древесные опилки. Это делает её привлекательным сырьём, поскольку её использование не конкурирует с производством продуктов питания и не требует дополнительных сельскохозяйственных угодий. По своей природе целлюлоза — это полисахарид, то есть длинная цепочка молекул глюкозы, соединённых химическими связями.  

В своей работе учёные использовали две доступные на рынке молекулы: левоглюкозенон (LGO) и дигидролевоглюкозенон, известный как кирен. Эти вещества получают из целлюлозы. Исследователи разработали новые процессы, которые позволяют преобразовывать LGO и кирен в широкий спектр полимеров с уникальными свойствами. Регулируя химическую структуру этих полимеров, можно создавать материалы для различных применений.  

Ключевой задачей для учёных стало управление процессом полимеризации — реакцией, в ходе которой мономеры соединяются в цепочку, образуя полисахаридные материалы. Созданные полимеры обладают высокой стабильностью, что делает их пригодными для повседневного использования, но при этом они могут разлагаться в определённых химических условиях, что важно для их переработки.  

Неожиданным открытием стала высокая прозрачность полимерных плёнок, созданных командой. Это свойство может оказаться решающим для ряда специализированных областей, где такие материалы наиболее востребованы. Однако, поскольку полимеры обладают повышенной жёсткостью, они вряд ли подойдут для изготовления гибких изделий, например, пакетов. Зато их свойства делают их перспективными для использования в оптических, электронных и биомедицинских устройствах.  

В будущем учёные планируют изучить больше структурных вариантов этих материалов. Поскольку возможные комбинации слишком многочисленны, они привлекают к работе специалистов по вычислительной химии, искусственному интеллекту и автоматизированным технологиям синтеза.  

Исследователи выражают надежду, что их разработка позволит создавать разнообразные природные полимеры, которые станут важной частью устойчивого цикла производства и переработки материалов из биомассы.

Как образуется излучение гамма-всплесков

Гамма-всплески (GRB) — это мощные выбросы гамма-излучения, которые за считанные секунды могут выделить больше энергии, чем Солнце произведет за всю свою жизнь, составляющую около десяти миллиардов лет. Эти кратковременные и чрезвычайно яркие явления остаются одной из наиболее загадочных областей астрофизики с момента их случайного обнаружения в 1967 году на спутнике, предназначенном для мониторинга ядерных взрывов.

Несмотря на десятилетия исследований, процессы, отвечающие за формирование света гамма-всплесков, по-прежнему не полностью раскрыты. Разгадка этих явлений позволяет глубже понять самые экстремальные способы, которыми природа создает свет. Уникальная яркость всплесков делает их видимыми практически из любой точки Вселенной, а благодаря конечной скорости распространения света они дают нам возможность заглянуть в эпоху первых звезд.

Одной из главных сложностей в изучении гамма-всплесков является отсутствие единого объяснения их характеристик и формы световой кривой. В астрофизике световая кривая представляет собой график, показывающий, как изменяется интенсивность света небесного объекта со временем. Анализ этих кривых помогает выявить физические процессы, ответственные за возникновение всплесков, и уточнить теоретические модели. Однако каждая световая кривая GRB уникальна: продолжительность излучения может варьироваться от долей секунды до нескольких минут, а форма кривой включает в себя серию интенсивных импульсов.

Импульсы являются основными элементами гамма-всплесков. Они отражают моменты, когда всплеск достигает максимальной яркости, а затем ослабевает. Во время импульсов яркость может меняться с удивительной скоростью, иногда в течение долей секунды. Уникальность этих изменений заключается в их обратимости, подобной свойствам палиндромов, таких как слова «ротатор» или «каяк». Вопрос, как такой процесс может происходить в природе, остается открытым, так как время, по общему представлению, необратимо. Тем не менее механизм, создающий свет в импульсах, каким-то образом воспроизводит яркостной шаблон сначала в одном направлении, а затем — в обратном. Это делает гамма-всплески поистине уникальными явлениями.

Принято считать, что гамма-всплески формируются в релятивистских струях — мощных потоках вещества и излучения, которые выбрасываются новообразованными черными дырами. В рамках этой модели ядро массивной звезды, переживающей коллапс, образует черную дыру. Материя, падающая в черную дыру, частично выбрасывается наружу в виде двух противоположно направленных струй, которые движутся практически со скоростью света. Излучение наблюдается только в том случае, если струя направлена в сторону Земли.

Однако обратимая структура импульсов вызывает сложности в объяснении, если предполагать, что источник излучения неподвижен. Добавление поперечного движения струи предлагает возможное решение этой загадки. Если струя перемещается в поперечном направлении относительно линии взгляда наблюдателя, становится возможным объяснить симметричность импульсов. В этом случае сначала виден свет, исходящий с одной стороны струи, затем — из её центра, а позже — с противоположной стороны. В результате яркость постепенно возрастает, достигает пика и затем ослабевает, повторяя структуру в обратном порядке.

Быстрое расширение струи в сочетании с её поперечным движением позволяет более детально исследовать внутренние процессы, формирующие гамма-всплески.

Струи, по всей видимости, действуют по принципу сопел — аналогично тому, как пожарный шланг распыляет воду. Они ведут себя скорее как жидкость, чем как твердый объект, и наблюдатель, способный увидеть всю струю целиком, отметил бы её изогнутую форму. Движение сопла приводит к тому, что свет от разных частей струи достигает наблюдателя в разное время. Это не только позволяет лучше понять механизмы образования света, но и служит природной лабораторией для изучения эффектов специальной теории относительности.

Время приема пищи играет ключевую роль в поддержании здоровья

Недавнее исследование подтвердило, что употребление более 45% суточных калорий после 17:00 значительно влияет на уровень глюкозы в крови, что может иметь серьезные последствия для здоровья.

Циркадный ритм, контролируемый мозгом, влияет на выработку инсулина, снижая его уровень ночью.

Хотя люди всегда говорили, что легкий и ранний ужин лучше, исследование теперь предоставляет научные доказательства этому утверждению. Согласно его результатам, если мы потребляем более 45% калорий после 17:00, это приводит к повышению уровня глюкозы, что негативно сказывается на здоровье, независимо от веса и процента жира в организме.

Длительное поддержание высокого уровня глюкозы может привести к различным заболеваниям, включая диабет 2 типа, а также повышает риск сердечно-сосудистых заболеваний, так как высокие уровни глюкозы повреждают кровеносные сосуды. Кроме того, это способствует хроническому воспалению, которое ухудшает как сердечно-сосудистые, так и метаболические функции.

Ранее считалось, что основной проблемой позднего ужина является увеличение веса. Это связывалось с тем, что в ночное время люди чаще выбирают менее полезную пищу, включая обработанные продукты, так как гормоны, регулирующие аппетит, изменяются, если человек пропускает прием пищи в течение дня.

Особенность этого исследования в том, что оно подчеркивает важность времени приема пищи, и то что еда сама по себе может оказать негативное влияние на метаболизм глюкозы, независимо от калорийности пищи, а также веса и состава тела человека.

Время приема пищи и его влияние на метаболизм

В исследовании участвовали 26 человек в возрасте от 50 до 70 лет с избыточным весом или ожирением, а также с предиабетом или диабетом 2 типа. Уровень переносимости глюкозы участников сравнивали, разделив их на две группы: одну, которая употребляла большую часть калорий в первой половине дня, и другую, которая ела 45% или более калорий после 17:00. Все участники ели одинаковое количество калорий и одинаковую пищу, но в разное время суток. Для записи данных использовались мобильные приложения для контроля за приемом пищи.

Главный вывод исследования заключается в том, что у людей, которые ели поздно, была хуже переносимость глюкозы, независимо от веса или состава пищи. Кроме того, они склонны потреблять больше углеводов и жиров вечером.

Эксперт в области ожирения, диабета и старения объяснил, что «ночью организм имеет ограниченные возможности для усвоения глюкозы, так как выработка инсулина снижается, а клетки становятся менее чувствительными к этому гормону. Это связано с циркадным ритмом, который регулируется внутренними часами мозга, синхронизированными с чередованием дня и ночи».

Почему важно учитывать время приема пищи

Таким образом, данное исследование подчеркивает важность времени приема пищи с точки зрения здоровья. Ранее решение о том, что и сколько мы едим, было связано с двумя основными вопросами: объемом пищи и ее качеством. Однако теперь на первый план выходит новый фактор, влияющий на кардиометаболическое здоровье — время приема пищи.

Принимая во внимание результаты исследования, исследователи советуют сосредоточиться на потреблении пищи преимущественно в дневное время. Большую часть калорий следует потреблять на завтрак и обед, а не на ужин или вечерний перекус. Также рекомендуется избегать употребления ультраобработанных продуктов, фастфуда и пищи с высоким содержанием углеводов, особенно в вечерние часы.

Исследования показали, что количество никотина у пользователей электронных сигарет может быть в шесть раз выше.

Кроме того, результаты показывают, что большинство людей, использующих электронные сигареты, пытались прекратить их использование, но не смогли, что подчеркивает зависимость.

Недавний анализ выявил тревожные результаты: у участников, ежедневно употребляющих никотиносодержащие жидкости, концентрация никотина была в шесть раз выше, чем у тех, кто выкуривает 20 сигарет в день. Это означает, что электронные сигареты могут представлять гораздо более серьезную угрозу для здоровья.

Исследователи отметили, что они никогда не сталкивались с таким высоким уровнем никотина у курильщиков обычных сигарет, как у пользователей вейпов. Один из участников исследования показал в крови уровень никотина 2400 мкг, в то время как у курящего 20 сигарет в день было зафиксировано всего 396 мкг — это в шесть раз меньше. Пользователи электронных сигарет часто предпочитают их из-за приятного запаха и отсутствия жжения в горле, которое возникает при курении обычных сигарет.

Хотя последствия для здоровья еще недостаточно исследованы, ученые подчеркивают, что дым от электронных сигарет существенно отличается от дыма обычных сигарет. Он содержит ультрамелкие частицы и другие химические вещества, которые могут проникать в кровоток, что делает его потенциально более опасным.

Исследование также выявило, что большинство пользователей пробовали бросить курить электронные сигареты, но их попытки не увенчались успехом. Это лишь подтверждает наличие зависимости и усиливающееся эмоциональное воздействие.

Никотиновые соли

С момента появления первой капсулы в 2003 году, являющейся упрощенной версией вейпа, прошло более 20 лет. За это время изменился не только внешний вид электронных сигарет, но и способ подачи никотина. Начиная с 4-го поколения устройств, вместо свободного основания, содержащегося в табаке, стали использовать никотиновые соли. Эти соли образуются в процессе нейтрализации, когда щелочной компонент связывается с кислотами.

Соли никотина имеют высокую концентрацию, что способствует усилению воспаления и повышению уровня тромбоцитов, а также стимулирует выделение провоспалительных цитокинов. У них также более низкая скорость преобразования в организме никотинина, что вызывает сомнения в метаболизме этих солей. Они также воздействуют на дофаминергические каналы, что вызывает ощущение эйфории и побуждает к увеличению потребления.

Квантовые технологии: пришло время обсудить риски.

Понимание квантового мира

Сегодня мир находится на пороге грандиозных изменений, связанных с квантовыми технологиями. Внимание научного сообщества и правительств всего мира сосредоточено на этой области, которая обещает революционизировать не только науку, но и экономику, безопасность и повседневную жизнь.

Организация Объединенных Наций объявила 2025 год Международным годом квантовой науки и технологий, подчеркивая необходимость более широкого осознания значимости квантовой науки и понимания ее воздействия в прошлом и будущем. Но почему именно квантовые технологии? И почему сейчас?

Квантовый мир — это место, где царит нелинейность и парадоксы. Сложные для восприятия концепции, такие как квантовая запутанность, дуализм света (волна и частица) или загадка кота Шредингера, становятся реальностью, которую ученые и инженеры теперь пытаются использовать для создания первых квантовых компьютеров и систем связи. В будущем эти технологии могут стать основой для искусственного интеллекта нового поколения.

Мы находимся на начальной стадии дорогой и интенсивной гонки за создание квантовых технологий между ведущими мировыми державами. Этот соревновательный процесс окажет значительное влияние на экономику, политику и безопасность стран.

Деньги и власть

Ведущие технологические компании, государства и крупные научные учреждения активно конкурируют за создание первых жизнеспособных коммерческих квантовых систем. Споры о том, является ли это соревнование марафоном или спринтом, продолжаются, но уже сейчас ставки весьма высоки.

Однако вопрос о квантовых технологиях выходит за рамки чисто научных или финансовых интересов. Как и в случае с любой революционной технологией, самым важным вопросом становится не то, будет ли она использована для создания оружия, а когда именно это произойдет.

Квантовые технологии в контексте национальной безопасности

В основе квантовых технологий лежат так называемые «квантовые биты» или кубиты, которые способны значительно увеличить вычислительные мощности, радикально изменить системы связи и улучшить процессы оптимизации в самых различных областях. Это открывает новые горизонты для таких отраслей, как телекоммуникации, фармацевтика, финансовый сектор и даже добыча полезных ископаемых.

Однако наибольшее беспокойство вызывают последствия для национальной безопасности. Военные и оборонные ведомства по всему миру уже следят за развитием квантовых технологий, включая квантовые радары, системы связи, датчики и GPS. Страна, которая первой добьется успеха в этих технологиях, может создать совершенно новый баланс сил, оставив другие государства в уязвимом положении.

Квантовые системы связи, например, способны обеспечить абсолютно безопасные и неуязвимые каналы связи. В Китае уже создан прототип такой сети, соединяющий несколько крупных городов на расстоянии почти 5000 километров. В то же время, квантовые компьютеры представляют угрозу: в будущем они могут обрушить классические криптографические системы, взломав шифры за секунды.

Кроме того, разрабатываемые квантовые системы могут сыграть важную роль в создании более эффективного и смертоносного автономного оружия. Серьезно ли мы готовы к тому, чтобы автономные дроновые «стаи» действовали в боевой обстановке без участия человека?

Квантовые датчики, которые уже используются в некоторых областях, способны делать сверхточные измерения магнитных и гравитационных полей, что открывает возможности для обнаружения скрытых объектов, например, под землей или в воде.

Важность своевременного обсуждения

Новые технологии, как правило, приносят с собой непредсказуемые последствия. Примеры катастроф, таких как Чернобыль, Три-Майл-Айленд и Фукусима, наглядно демонстрируют риски, которые несут прорывы в научных областях, связанных с квантовыми открытиями.

Учитывая масштаб и скорость развития квантовых технологий, сбой в системе квантового машинного обучения или в квантовых облачных вычислениях может начаться как локальный инцидент, но быстро перерасти в глобальный кризис.

Как показал фильм «Оппенгеймер», исследования в области квантовой физики привели к созданию атомной бомбы, что изменило международную политическую ситуацию. Первое использование ядерного оружия вызвало мировую дискуссию о разоружении, в которой активно участвовали ученые, стоявшие у истоков разработки бомбы. Однако политические реалии и холодная война затруднили реальные шаги к разоружению, что привело к гонке вооружений, последствия которой ощущаются и сегодня.

Когда Роберта Оппенгеймера спросили о возможности переговоров по контролю за вооружениями в 1960-х, он ответил: «Мы опоздали на двадцать лет — это нужно было сделать на следующий день после Тринити» (первого ядерного взрыва).

Теперь мы стоим на пороге новой технологической революции, и нам не следует откладывать вопросы о том, как квантовые технологии могут повлиять на будущее глобальной безопасности и мира в целом.

Новый подход к точному редактированию генов за пределами CRISPR

Ученые разработали инновационный инструмент для редактирования генов, который обладает более высокой точностью и гибкостью, чем популярная технология CRISPR. Новый метод обещает значительно расширить возможности генной инженерии, совершенствуя достижения, достигнутые с помощью CRISPR в таких областях, как медицина, сельское хозяйство и биотехнология.

SeekRNA: прорыв в области генной инженерии

Исследователи создали редактирующий инструмент, который превосходит CRISPR, известный своей революционной ролью в области генной инженерии. SeekRNA использует программируемую РНК-цепочку, способную точно выявлять участки, где можно внести изменения в генетические последовательности. Это упрощает процесс редактирования и снижает вероятность ошибок.

Учёные очень оптимистичны относительно потенциала этой технологии. Способность SeekRNA выполнять точное нацеливание с высокой гибкостью открывает новые горизонты в генной инженерии, преодолевая ограничения существующих методов.

В отличие от CRISPR, который требует дополнительных компонентов для выполнения «вырезания и вставки» генетического материала, SeekRNA представляет собой автономный инструмент с более высокой точностью, способный эффективно работать с различными генетическими последовательностями.

CRISPR основан на создании разрыва в обеих цепочках целевой ДНК, что приводит к необходимости использования других белков или механизмов восстановления ДНК для вставки новой последовательности. Это может вызвать ошибки в процессе редактирования. SeekRNA, в свою очередь, может точно разрезать целевой участок и вставлять новую ДНК без участия дополнительных белков.

Эта особенность позволяет создать более чистый инструмент с минимальными ошибками, что значительно повышает точность редактирования.

Достижения в редактировании генов, благодаря CRISPR, привели к открытиям в таких областях, как сельское хозяйство, медицина и биотехнологии. Это способствовало улучшению устойчивости культур и фруктов к заболеваниям, ускорению диагностики заболеваний человека, разработке лечения серповидно-клеточной анемии и даже созданию революционного метода лечения рака, известного как CAR-T клеточная терапия.

Современные технологии редактирования генов открывают множество возможностей, и с развитием таких подходов, как SeekRNA, исследования в этих областях только начинают набирать обороты. Исследователи надеются, что эта новая технология внесет важный вклад в прогресс здравоохранения, сельского хозяйства и биотехнологий.

Точность в генетическом редактировании

SeekRNA основана на инсерционных последовательностях, встречающихся в природе у бактерий и архей (организмов без ядра). Эти последовательности известны высокой специфичностью к мишени, что и является основой для работы SeekRNA.

Применяя эту точность, SeekRNA может быть адаптирована для редактирования любой геномной последовательности, вставляя новую ДНК в нужной ориентации.

В лабораторных условиях исследователи успешно испытали SeekRNA на бактериях. Следующие этапы включают адаптацию технологии для более сложных эукариотических клеток, таких как человеческие.

Главное преимущество новой системы, о которой сообщается в исследовании, заключается в ее компактности. Она использует один белок умеренного размера и короткую цепочку РНК, что позволяет эффективно переносить генетический материал. SeekRNA состоит из белка, состоящего из 350 аминокислот, и РНК-цепочки длиной от 70 до 100 нуклеотидов.

Такой компактный размер позволяет упаковывать систему в биологические наночастицы, такие как липидные везикулы, для доставки в нужные клетки.

Автономная вставка ДНК

Еще одной важной особенностью этой технологии является способность самостоятельно вставлять ДНК в целевые участки, что невозможно с использованием многих современных инструментов редактирования, таких как CRISPR.

Кроме того, технология CRISPR имеет ограничения по размеру генетических последовательностей, которые могут быть вставлены в ДНК, что ограничивает её возможности в некоторых случаях. SeekRNA, напротив, способна справляться с большими объемами генетического материала, расширяя потенциал генной инженерии.

Исследования выявили возможную связь между высоким уровнем кортизола у беременных женщин и риском осложнений при родах.

Недавние исследования показали, что повышенный уровень гормона стресса кортизола у женщин в третьем триместре беременности может быть связан с непредсказуемыми осложнениями при родах, такими как преждевременные роды или кровотечения. Учёные провели анализ волос 53 беременных женщин, чтобы измерить уровень кортизола, и обнаружили, что у 13 из них, с повышенными показателями этого гормона, позднее возникли осложнения в процессе родов.

Хотя выводы требуют дальнейших подтверждений в рамках более широких исследований, это открытие может стать основой для разработки нового неинвазивного метода диагностики, позволяющего предсказать женщин, находящихся в группе риска осложнений.

Все участницы исследования не имели явных признаков заболеваний или других проблем, влияющих на ход беременности, что подтверждает предположение, что уровень стресса, а именно уровень кортизола, может быть связан с ухудшением исходов родов.

Исследование включало анкетирование женщин, в котором они описывали уровень стресса, а также замеры кортизола в третьем триместре и сразу после родов. У женщин, столкнувшихся с неожиданными осложнениями, уровень кортизола в волосах оказался значительно выше. Этот показатель отражает концентрацию гормона стресса в организме за последние три месяца. Эти женщины также сообщили о высоком уровне стресса, тревожности и депрессии, однако именно высокий уровень кортизола во время беременности оказался тесно связан с неблагоприятными результатами родов.

Кортизол — это стероидный гормон, вырабатываемый надпочечниками в ответ на стресс. Он регулирует реакцию организма на стрессовые ситуации, но его длительное повышение связано с рядом заболеваний, таких как гипертония и диабет. Во время беременности уровень кортизола обычно увеличивается в два-четыре раза и достигает пика к концу третьего триместра. В исследуемой группе у женщин, переживших родовые осложнения, уровень этого гормона был ещё выше, чем обычно.

Если эти выводы подтвердятся, то измерения кортизола в волосах могут стать полезным инструментом для раннего выявления женщин, подверженных риску осложнений, поскольку данные, полученные через опросы, не позволили точно оценить уровень стресса.

Интересно, что даже через два месяца после родов в группе женщин с осложнениями сохранялся высокий уровень кортизола, и анкеты показывали, что они продолжали испытывать стресс, тревогу и депрессию. Через шесть месяцев, хотя уровень кортизола всё ещё был выше нормы, женщины начали сообщать о снижении психоэмоционального стресса, что может свидетельствовать о начале восстановления.

Учёные считают, что улучшение способов снижения стресса в период родов может повлиять на здоровье как матерей, так и младенцев. Также они подчёркивают необходимость дальнейшего улучшения систем здравоохранения и социальной поддержки для будущих и молодых матерей. Это исследование подчеркивает важность заботы о психоэмоциональном состоянии женщин во время беременности и в послеродовой период.

Исследование выявило, как ночные смены могут увеличить риск развития диабета и ожирения.

Всего несколько дней работы в ночную смену способны нарушить биологические ритмы, регулирующие уровень сахара в крови, обмен веществ и воспалительные процессы, что в свою очередь может стать причиной развития хронических метаболических заболеваний.

Результаты исследования, проведенного учеными, открывают новые причины, по которым работники ночных смен имеют повышенный риск заболеваний, таких как диабет, ожирение и другие расстройства обмена веществ.

В организме есть процессы, связанные с главными биологическими часами мозга, которые определяют день и ночь. Когда эти ритмы нарушаются, в организме возникает хронический стресс, что, как предполагается, имеет долгосрочные негативные последствия для здоровья.

Хотя для окончательных выводов требуется больше исследований, это исследование показывает, что нарушения ритмов могут проявляться уже через три дня работы в ночную смену, что открывает возможности для раннего вмешательства и предотвращения диабета и ожирения. Такое вмешательство также может помочь снизить риск сердечно-сосудистых заболеваний и инсульта, которые также чаще встречаются у работников ночных смен.

Опубликованное исследование включало контролируемый эксперимент, в котором добровольцев поместили на смоделированные ночные или дневные смены в течение трех дней. После завершения последней смены участники оставались бодрствующими в течение 24 часов, при этом соблюдались постоянные условия освещения, температуры, позы и режима питания, чтобы можно было измерить их внутренние биоритмы без воздействия внешних факторов.

Кровь участников была взята через определенные промежутки времени в течение 24 часов, чтобы изучить белки, которые участвуют в иммунных процессах. Ритмы некоторых белков непосредственно связаны с биологическими часами, которые поддерживают 24-часовой ритм организма. Эти часы устойчивы к изменениям в графике работы, и поэтому ритмы определенных белков почти не изменились в ответ на ночные смены.

Тем не менее, у большинства других белков ритмы существенно изменялись у участников ночных смен по сравнению с теми, кто работал днем.

Особое внимание было уделено белкам, регулирующим уровень сахара в крови. У участников ночных смен ученые наблюдали почти полное нарушение ритмов глюкозы. Кроме того, они заметили, что процессы, связанные с выработкой инсулина и его чувствительностью, которые обычно работают согласованно, чтобы поддерживать уровень сахара в норме, у работников ночных смен переставали синхронизироваться. Исследователи предполагают, что это может быть попыткой организма регулировать уровень глюкозы, нарушаемый сменой графика. Такая реакция может быть полезной в краткосрочной перспективе, поскольку изменения уровня сахара могут повредить клетки и органы, но в долгосрочной перспективе это может привести к проблемам со здоровьем.

Учёные показали, что можно выявить различия в молекулярных процессах между теми, кто работает по нормальному графику, и теми, чьи смены не совпадают с их биологическими часами. Подобные эффекты были впервые исследованы на молекулярном уровне с таким контролем. Следующий этап исследований будет включать изучение работников реальных ночных смен, чтобы узнать, вызывают ли их графики работы аналогичные изменения белков.