Наука: главные новости недели от «Образовача»

Шеф-редактор издания «Образовач» Александр Ершов еженедельно отбирает специально для TJ семь самых важных новостей из мира науки и технологий. В этом выпуске: молекулы-мячи, бактерии-шланги и научная инструкция на случай зомби-апокалипсиса.

Мужчины с коротким указательным пальцем оказались дружелюбнее к женщинам

Психологи из Университета МакГилла в Канаде обнаружили, что мужчины с низким соотношением длины указательного пальца к безымянному проявляют большую приветливость к женщинам. Авторы работы, которая опубликована в журнале Personality and Individual Differences, связывают это с особенностями эмбрионального развития мозга при разных уровнях андрогенов.

Отношение длины указательного пальца к безымянному (2D/4D отношение) распределено по-разному среди женщин и мужчин. У большинства мужчин указательный палец короче безымянного, у женщин они имеют примерно одинаковую длину.

Половые различия в 2D/4D отношении были обнаружены впервые ещё в конце XX века, но подробно исследовать их начали с 2000-х годов, когда стало ясно, что главным фактором, влияющим на это соотношение, является уровень андрогенов (мужских половых гормонов) в крови матери во время внутриутробного развития. Связь между гормонами и относительной длиной пальцев была показана как в экспериментах на мышах, так и при наблюдении разнополых близнецов: в ходе внутриутробного развития андрогены, вырабатываемые мужским эмбрионом, уменьшали не только его собственное 2D/4D отношение, но и соответствующий параметр у женского эмбриона. Поскольку известно, что андрогены могут влиять на развитие мозга, появилось целое направление в психологических исследованиях, где ученые пытаются на основе легкодоступных данных 2D/4D соотношения предсказать особенности поведения человека.

Исследование проводилось следующим образом. Сначала добровольцы проходили анкетирование, затем им объясняли суть задания и измеряли их 2D/4D соотношение. Согласно заданию, участники эксперимента должны были писать небольшие отчеты о каждом взаимодействии с другими людьми в течении дня. Затем психологи делили такие единичные социальные контакты на группы (приветливые/спорные) и пытались установить, какие участники эксперимента более приветливы по отношению к окружающим.

Хотя авторы и ожидали противоположного (тестостерон связывают с агрессивностью), на деле оказалось, что мужчины с низким соотношением 2D/4D (то есть испытавшие большее воздействие тестостерона в эмбриональном развитии), были более дружелюбны по отношению к противоположному полу. На взаимодействия с людьми своего пола 2D/4D отношение не влияло. Среди женщин влияния 2D/4D отношения на социализацию обнаружить не удалось. По словам авторов, большая благожелательность мужчин с низким соотношением 2D/4D к женщинам может объяснять то, что у них в среднем больше детей, чем у мужчин с высоким отношением.

Химики придумали молекулу-волейбольный мяч

Химики из Университета Хэбей в Китае рассчитали параметры соединения углерода и скандия, которое по структуре напоминает фуллерен, но, в отличие от него, больше похоже на волейбольный, чем на футбольный мяч.

Соединение состоит из 60 атомов углерода и 20 атомов скандия. Сходство с мячом ей придает тот факт, что атомы образуют продолговатые фрагменты, соединенные перпендикулярно друг другу — так же расположены лоскуты на волейбольном мяче. Прообраз соединения, фуллерен C60, больше похож на футбольный мяч: он состоит из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников.

Результаты моделирования говорят о том, что «волейбольная» структура наиболее выгодна с точки зрения энергии для вещества подобного состава. По словам авторов, волейболен должен быть стабилен при нагревании и химически инертен. Структуры, подобные мячам, химики уже синтезировали неоднократно. Например, были созданы аналоги молекулы-футбольного мяча состоящие из 20, 32 и даже 42 атомов золота.

Физики смоделировали на территории США зомби-апокалипсис

Группа специалистов по статистической механике смоделировала эпидемию зомби в США, вдохновившись книгой Макса Брукса «Мировая война Z». Идея работы возникла на семинаре по статистической механике. Известный всем сценарий из массовой культуры позволял объяснить ряд статистических методов, применяемых для моделирования эпидемий реальных заболеваний. Однако в конечном счёте шуточное задание вылилось в обширное исследование, объединившее традиционные эпидемиологические со статистическим аппаратом, используемым для моделирования фазовых переходов.

В большинстве фильмов и книг зомби-эпидемия распространяется одинаково во всех местностях и уголках. Как результат, спустя пару месяцев на всей территории остается лишь маленькая группка выживших. В действительности, согласно результатам симуляции, города быстро падут, однако распространение зомби вглубь менее населенной территории займет недели, а до границ США они доберутся лишь спустя несколько месяцев.

Скриншот игры Dying Light

С отходом от крупных городов динамика заболевания значительно замедляется — чем дальше от мегаполисов, тем меньше людей можно укусить. И если город Нью-Йорк падет за один день, то у людей, проживающих на севере штата Нью-Йорк, будет около месяца, чтобы приготовиться к нашествию. А самым безопасным местом, по данным симуляции, станут северные отроги Скалистых гор.

Таким образом, наиболее действенной рекомендацией по выживанию в зомби-апокалипсис будет бегство из городов и крупных поселений, отход в малонаселенную местность, максимальное снижение всех контактов — или заблаговременный переезд в горы. В дальнейших планах учёных усложнить модель, добавив в нее такие факторы, как побег людей из очагов эпидемии и прилегающих территорий, например, на самолётах, сознательное противодействие эпидемии и борьбу с зомби.

Человеческая ДНК увеличила объём мозга мышей

Учёные из Университета Дьюка в Северной Каролине получили трансгенных мышей с увеличенным объёмом мозга. Животные стали частью эксперимента по поиску специфических для человека регуляторных участков в геноме, которые определяют больший по сравнению с другими приматами объем мозга у человека.

Авторы новой работы встроили в геном мыши один из регуляторных элементов (энхансеров), который значительно отличался у человека и шимпанзе (HARE5). Поскольку внутрь группы генов, которые управляются этим элементом, был встроен маркерный ген, учёные могли наблюдать за тем, где и когда включается работа этого энхансера в ходе эмбрионального развития мыши.

Оказалось, что человеческий HARE5 заставляет клетки-предшественники нейронов делиться гораздо чаще, чем обезьяний вариант того же управляющего элемента. Это приводило к тому, что у таких мышей объём мозга был на 12 процентов больше.

12 процентов — это гораздо меньше, чем разница между средним объёмом мозга человека и шимпанзе (они отличаются более чем вдвое). Однако в данном случае важна не доля увеличения, а механизм, по которому оно происходит. Учёные пока не установили, как увеличение объёма мозга сказывается на интеллекте мышей — это планируется изучить на следующем этапе исследования.

Физики разобрались с движением баранов сквозь ворота

Испанские физики изучили движение стада овец сквозь узкие ворота и проследили за тем, как при этом образуются пробки. Поведение животных записывали на видео, которое пропускали сквозь систему распознавания изображения, переводящую движение овец в движение материальных точек. Дальнейшая обработка результатов проводилась на базе аппарата динамики сыпучих сред — раздела физики на стыке статистики, теории хаоса и коллоидной химии.

Как оказалось, движение овец (как и движение песка) происходит рывками, которые прерываются периодическими «пробками». Длительность этих заторов распределена экспоненциально, то есть частота их возникновения обратно пропорциональна константе, возведённой в степень длительности затора. Внешние обстоятельства — например, увеличение ширины ворот — не влияют на характер этой зависимости, но изменяют наклон прямой и среднюю скорость движения.

Интересно, что ускорить эвакуацию можно было не только путем расширения ворот. Можно было поместить перед воротами препятствия: в таком случае овцы были бы вынуждены обходить их с двух сторон, в результате чего длительные заторы появлялись бы реже. Подобная технология используется и при работе с сыпучими средами, а несколько лет назад ее предложили использовать для ускорения эвакуации людей.

В работе японских учёных эффективность препятствия была показана в эксперименте с добровольцами. Авторы новой статьи указывают на то, что в лабораторных условиях добровольцы ведут себя совсем не так, как люди в случае реальной опасности для жизни — именно поэтому для более достоверного моделирования учёным пришлось обратится к овцам.

Найден рекордно длинный штамм бактерии

Микробиологи обнаружили необычную мутантную форму кишечной палочки, клетки которой способны в сотни раз превышать по размеру нормальные. При обычной толщине их длина достигает 0,7 миллиметра.

Получить мутантный штамм удалось фактически случайно: первоначальной задачей исследователей был поиск факторов, которые делают бактерий другого штамма зависимыми от аминокислоты метионина. Для этого ученые провели рандомизированный мутагенез и среди бактерий, которые могли расти без метионина, обнаружили микроорганизмы с необычной формой клеток.

Дальнейшие исследования показали, что новый штамм, получивший названии eel (extremely elongated , в английском также eel — «угорь»), практически не отличается от обычных кишечных палочек. Он удлиняется примерно с той же скорость, с какой растут нормальные Escherichia coli, переносит те же температуры и выживает в тех же условиях.

Фактически, единственно отличие нового штамма заключается в низком содержании белка FtsZ, который участвует в делении бактериальных клеток. Именно этот белок во время деления образует поперечный диск, делящий бактерию на две половины. При этом сам ген белка FtsZ у бактерий штамма eel не содержит мутаций — вероятно, они появились в других генах, которые связаны с работой FtsZ. Что это за гены, и какие мутации появились у штамма eel, учёные пока не установили.

Мутанты по гену FtsZ, которые при повышении температуры перестают делится, уже были известны. Они также образовывали вытянутые клетки, но никогда не вырастали настолько большими, так как погибали в течение нескольких часов. По словам авторов, мутации нового штамма eel более точные в смысле направленности на механизм деления — другими словами, они не затрагивают другие важные процессы жизнедеятельности бактерий.

Учёные надеются, что подобные длинные бактериальные клетки можно будет использовать, например, в качестве игл для направленной инъекции лекарств в отдельные клетки.

Преступников идентифицируют по краске для волос

Волосы, найденные на месте преступления, эксперты могут использовать двумя путями. Существует быстрый, но крайне субъективный внешний анализ — когда найденные волосы под микроскопом сравнивают с образцами волос подозреваемого. С другой стороны, если материала достаточно много, можно выделить из волос ДНК и провести генетический анализ. Этот метод обладает почти 100-процентной надежностью, однако требует уничтожения образца, занимает как минимум сутки и не может быть проведён прямо на месте преступления.

Ученые из Северо-Западного Университета в США предложили использовать в качестве «промежуточного варианта» метод, основанный на идентификации химической природы краски на волосах, найденных на месте преступления (если, конечно, они окрашены).

Для анализа применили метод усиленной поверхностью рамановской спектроскопии (SERS). Он подразумевает нанесение на волосы микроскопических частиц металлов, которые затем облучают лазером, регистрируя спектральный сдвиг в отраженном свете. Рамановское рассеяние — это неупругое рассеяние фотонов, которое позволяет установить природу химических связей в веществе. Ассоциация молекулы с металлической поверхностью способна усиливать это рассеяние в десятки и сотни миллиардов раз, так что становится возможным определять отдельные молекулы веществ.

По словам авторов, метод позволяет не только определить химическую природу краски, но даже установить её бренд. Сравнив волосы, найденные на месте преступления, с образцами волос подозреваемого, можно выяснить, одной ли краской они покрашены. Интерпретация этих результатов выходит за пределы компетенции химиков, но сами по себе эти данные могут быть полезны для следователей или суда.

Бонус: радикальная гидробиология в стиле дарк-эмбиент