Чудеса в науке: микродвигатель, цифровая роговица и эффект «йо-йо» при ожирении
«Известия» собрали топ-5 новостей науки за прошедшую неделю
Исследователи из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе выяснили, что так называемый эффект «йо-йо», когда к человеку возвращается лишний вес, связан с памятью жировых клеток. А специалисты NASA разработали и испытали увеличенный прототип подводного робота, предназначенного для поиска жизни в подледных океанах спутников Юпитера и Сатурна. Об этом, а также о бактериях-долгожителях на МКС, самом маленьком двигателе в мире и цифровой роговице глаза читайте в рейтинге новостей науки за неделю, подготовленном «Известиями».
Ученые нашли споры микробов-долгожителей на МКС
Ученые изучили образцы жидкости, которая служит для переноса тепла в изолированной системе терморегуляции российского сегмента МКС. В исследованных пробах были обнаружены жизнеспособные бактерии, которые провели в закрытом контуре около 25 лет — с момента ввода станции в эксплуатацию. Эксперимент показал, что доставленные на Землю микроорганизмы адаптировались к космической радиации и в 100–1000 раз лучше переносят облучение гамма-излучением, чем аналогичные «наземные» штаммы. Специалисты предполагают использовать стойкие бактериальные культуры в качестве модельных объектов для изучения возможностей выживания организмов в космосе.
— В ходе анализа в жидкости были выявлены эндоспоры. Это защитная форма, в которую бактерии преобразуются при неблагоприятных внешних условиях. В частности, они избавляются от большинства молекул воды, уменьшаются в объеме, образуют сложную систему покровов и прекращают все процессы жизнедеятельности. В таком виде микроорганизмы могут сохраняться длительное время. Возможно, способность образовывать споры позволила бактериям выжить в триоле на МКС. После доставки образцов в лабораторных условиях бактерии были активированы, что подтвердило их жизнеспособность, — рассказал «Известиям» научный сотрудник лаборатории «Микробиология среды обитания и противомикробная защита» ИМБП РАН Александр Гуридов.
При этом, отметил он, важный фактор, который ограничивает способность организмов существовать в космосе, — это сильный радиационный фон. Поэтому в ходе анализа специалисты облучили полученные культуры сильным гамма-излучением. Аналогичному воздействию подверглись контрольные группы штаммов. Последние были выделены из реагента, который хранился на Земле на заводе производителя.
Самый маленький двигатель в мире
Специалисты НИЦ «Курчатовский институт» впервые в мире разработали микродвигатель внутреннего сгорания толщиной с человеческий волос. Устройство способно приводить в движение объекты в 1 тыс. раз превышающие его по массе. В качестве топлива используется соленая вода, которая с помощью электричества превращается в газ. Затем в камере двигателя происходят реакция горения водорода и взрыв, который толкает мембрану, выступающую в роли поршня. После этого газ снова превращается в жидкость, и операция повторяется.
Как рассказали разработчики, ученые давно работают над сокращением размеров двигателей внутреннего сгорания, но с уменьшением объема камеры реакция горения начинает гаснуть вследствие роста тепловых потерь. Теперь удалось преодолеть эту фундаментальную сложность и реализовать реакцию горения в малом объеме.
— Мы производим водород и кислород из воды методом электролиза. Пузыри расширяются и толкают мембрану, этот принцип не новый. Важно потом быстро удалить газ, чтобы привод срабатывал многократно, только тогда этот двигатель сможет полноценно функционировать, — рассказал старший научный сотрудник Ярославского филиала Физико-технологического института им. К.А. Валиева (с 2023 года — в составе НИЦ «Курчатовский институт») Илья Уваров.
В РФ разработан цифровой двойник роговицы глаза
Применение цифрового двойника роговицы глаза, разработанного в Волгограде командой исследователей, позволило до 30% повысить эффективность операций при кератоконусе за счет увеличения точности воздействия на роговицу. Цифровой двойник роговицы применяется для прогноза результата хирургического лечения кератоконуса, а также его персонализации. Отличие метода от стандартных в том, что воздействие проводится точно на область кератоконуса, не затрагивая при этом всю оболочку. Математическая модель позволяет обнаружить ослабленные зоны, определить их размеры и положение. Подход получил патент на изобретение и применяется в волгоградском филиале МНТК «Микрохирургия глаза».
«Мы совместно с сотрудниками технического университета разработали цифровой двойник роговицы — компьютерную модель, в которую можно вводить различные параметры воздействия на роговицу, прогнозировать и анализировать предполагаемый эффект. Это дает возможность врачу выбирать и изменять условия операции, чтобы получить максимальный результат. Мы можем оценить эффективность операции по повышению остроты зрения, прочности роговицы и изменению ее кривизны. Повышение эффективности персонализированных подходов к лечению кератоконуса по сравнению со стандартными методиками составляет около 30%, что подтверждено клинически», — рассказала ТАСС и. о. директора волгоградского филиала Межотраслевого научно-технического комплекса (МНТК) «Микрохирургия глаза имени академика Федорова» Минздрава Елена Солодкова.
Подводный робот для поиска жизни в космосе
Инженеры NASA разработали и испытали увеличенный прототип подводного робота, предназначенного для поиска жизни в подледных океанах спутников Юпитера и Сатурна в рамках проекта SWIM. Текущая версия робота имеет два водяных винта, 3D-печатный клиновидный корпус длиной 42 см и массу 2,3 кг. Прототип успешно испытали в бассейне. Планируется, что финальная версия робота будет в три раза меньше, при этом запускать их будут роем из множества единиц.
В дальнейшем собираются уменьшить размеры робота примерно в три раза — длина будет около 12 см. Роботы будут оснащены миниатюрными компонентами и системой подводной акустической связи для передачи данных и определения местоположения с помощью триангуляции. Кроме того, на каждом роботе установят разработанный в Технологическом институте Джорджии миниатюрный многофункциональный датчик. Он сможет одновременно измерять температуру, давление, кислотность, проводимость и химический состав воды.
Текущие испытания проводятся в 25-метровом бассейне Калифорнийского технологического института. Робот уже продемонстрировал способность автономно маневрировать, сохранять и корректировать курс, а также выполнять движение по заданному маршруту.
Жировые клетки обладают памятью
Жировые клетки обладают эпигенетической памятью об ожирении. Исследователи из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе выяснили, что это так называемый эффект «йо-йо». Речь о явлении, при котором ушедшие во время диеты килограммы возвращаются обратно.
Выяснилось, что жировые клетки запоминают состояние ожирения на уровне эпигенетических маркеров, которые сохраняются даже после снижения веса. Это повышает вероятность повторного набора массы. Ученые считают, что профилактика ожирения, особенно в молодости, — ключ к предотвращению эффекта «йо-йо», так как стереть эпигенетическую память пока невозможно.
«Это не вина пациента», — подчеркнула соавтор исследования Лаура Хинте, отмечая необходимость долгосрочного медицинского сопровождения для людей, снижающих вес.
Открытие может существенно повлиять на подходы к лечению ожирения и подчеркивает важность его профилактики.
