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: ложные воспоминания, планета с четырьмя Солнцами и кристаллография хамелеонов.

Мышам во сне внедрили ложные воспоминания

Французские нейробиологи научились внерять мышам ложные приятные воспоминания об определённом месте пространства, причем сделали это во время сна. Суть эксперимента заключалась в том, чтобы связать у мышей определенную точку вольера с приятными воспоминаниями. Ранее подобные эксперименты проводились только напрямую: когда животное находилось в нужной точке вольера, учёные активировали у животных центр удовольствия. Идея нового эксперимента отличалась тем, что в качестве условного стимула вместо реального положения в пространстве учёные использовали только воспоминание о нём во время сна.

Для проведения эксперимента мышам имплантировали две группы электродов — часть из них выступала в роли сенсоров активности так называемых «нейронов пространства» в гиппокампе, а другие позволяли активировать центр удовольствия. Когда во время сна мыши вспоминали о каком-либо месте в своем вольере (то есть происходила активация нужного нейрона пространства), учёные стимулировали центр удовольствия животного. Интенсивность стимуляции была подобрана таким образом, чтобы не разбудить животное. Зато когда мыши просыпались, они направлялись «прямиком в то самое место [нейрон которого управлял стимуляцией центра удовольствия], как будто ждали там награды», — сообщают авторы работы.

Исследование открывает возможность управления эмоциональной модальностью воспоминаний во время сна. По словам авторов, теоретически подобный подход можно использовать для купирования у людей пост-травматического синдрома и страхов, связанных с определенным местом. С точки зрения фундаментального понимания механизма работы мозга ключевой результат эксперимента заключается в прямом доказательстве того, что нейроны места участвуют в формировании памяти, связанной с этим местом.

Найдена экзопланета с четырьмя «солнцами»

Астрономы из Индии и Калифорнийского технологического института обнаружили четвёртую звезду в системе Ari 30, где ранее была найдена экзопланета. Таким образом, к настоящему моменту стало известно уже о двух экзопланетах в четверных системах.

Экзопланета, о которой идёт речь, находится в созвездии Овен в 136 световых годах от Земли. Она представляет собой горячий гигант с массой примерно в 10 раз большей массы Юпитера. Планета обращается с периодом в 336 дней вокруг своей основной звезды, а та образует пару с другой звездой. Эта пара, в свою очередь, гравитационно связана с другой парой звезд.

Расстояние между парами довольно большое: оно в 1670 раз больше расстояния от Земли до Солнца. Поэтому с поверхности экзопланеты эта удаленная пара должна выглядеть как одна очень яркая звезда, чью двойную природу можно рассмотреть только в телескоп. Таким образом, по словам астрономов, четыре звезды на небе экзопланеты будут скорее похожи на Солнце с парой ярких звезд, видимых даже днем.

Двойные, тройные и другие кратные системы хорошо известны в астрономии. Среди всех звезд солнечного типа на четверные системы приходится около четырех процентов. Однако до сих пор была известна только одна четверная система с экзопланетой – это KIC 4862625, обнаруженная в 2013 году с помощью телескопа «Кеплер». Планеты в кратных системах интересуют астрономов с той точки зрения, что на механизм их формирования (сам по себе не до конца понятный), оказывают влияние внешние звезды, что может приводить как к увеличению массы таких экзопланет, так и наоборот, к их разрушению.

Смену окраски хамелеонов объяснили перестройкой нанокристаллов

Учёные из Университета Женевы установили механизм процесса, который позволяет хамелеонам менять окраску а также защищает их от излишнего перегрева. В обоих случаях механизм оказался связан с контролируемой перестройкой сетей внутриклеточных нанокристаллов.

Самцы некоторых (не всех) видов хамелеонов способны менять окраску во время поединков друг с другом. Свою покровительственную салатово-зелёную окраску они заменяют на время драки на агрессивную желто-бордовую. По аналогии с похожим механизмом у многих других животных ученые полагали, что это объясняется изменением формы специализированных клеток кожи, которые несут в себе разные пигменты.

В новой работе учёные решили проверить эту теорию, изучив микроструктуру кожи хамелеонов в обычном и возбужденном состоянии. Ученые брали образцы кожи рептилии до и после встречи с соперником и сразу же фиксировали их специальным реагентом. Эти образцы затем изучали под электронным микроскопом, а также исследовали с помощью рамановской спектроскопии.

Оказалось, что механизм изменения цвета у хамелеонов похож, но не идентичен тому, который используют, например, осьминоги и каракатицы. У последних растягиваются или сжимаются пигментированные клетки кожи (иридофоры), за счет чего меняется «площадь покрытия» пигментами. У хамелеонов пигменты представляют собой отражающие свет кристаллы и изменение цвета достигается за счет того, что в клетках меняется расстояние между этими кристаллами. Более плотная упаковка соответствует зеленому, а более разреженная — желтому цвету.

Кроме того, ходе работы оказалось, что часть иридофоров с наиболее крупными и разреженными кристаллами находится в более глубоком слое кожи. По словам ученых, эти клетки отражают значительную часть инфракрасного излучения, что позволяет хамелеонам избегать избыточного перегрева.

Астрономы предложили объяснение «пропажи» галактик из ранней Вселенной

Куда можно можно спрятаться в космосе, если ты галактика? Такой вопрос может прозвучать абсурдно, но именно он беспокоит специалистов по внегалактической астрофизике уже около десяти лет. Марат Мусин, астрофизик из Университета Миссури, рассказал читателям «Образовача» о загадочной истории компактных массивных галактик, которые были распространены во Вселенной около 10 миллиардов лет назад (и свет которых мы видим мы видим до сих пор), но сейчас, из ближайшей к нам окрестности пространства, куда-то пропали.

Марат Мусин,астрофизик из Университета Миссури

На что похоже изучение эволюции галактик во Вселенной? Представьте, что вам нужно узнать правила игры и результат какого-то спортивного соревнования, которое вы до этого вообще не видели. Например, американского футбола. На стадион вы попасть не можете, поэтому все, что у вас есть — это фотографии с мобильных телефонов и фотоаппаратов, которые делали болельщики во время матча. Они снимали себя, ловили в фокусе то ворота, то игрока, а то красивую блондинку в третьем ряду. К тому же качество всех фотографий разное, время на них не синхронизировано, рассажены зрители по стадиону случайно и вообще — никто не будет утверждать, что все важные для игры моменты сняты и у вас есть все необходимые данные. Сколько команд на поле и сколько в каждой игроков вы ещё худо-бедно узнаете, но что значат номера на спинах (и значат ли они что-то), какую роль играет коричневый продолговатый мяч, предусмотрено ли правилами игры появление голого болельщика на 70-й минуте или это просто случайность — с этим, пожалуй, будут проблемы.

Вот примерно так и развивается внегалактическая астрофизика. Только групп, разбирающих «фото» довольно много и моделей у них тоже не одна и не две. Поэтому, даже если поначалу появление новой модели воспринимаешь как сенсацию и чуть ли не смену парадигмы, то со временем просто ждёшь, что с ней будет дальше — получит ли она подтверждения от наблюдательных групп и людей, занимающихся симулированием. Или же так и останется теоретической моделью, которая не выдержала проверки.

Модель ранней галактики как сферического скопления звезд

Происхождение человека предложили отодвинуть на полмиллиона лет в прошлое

Американские антропологи обнаружили в Эфиопии нижнюю челюсть возрастом в 2,8 миллиона лет, которая, по словам ученых, принадлежала представителю человеческого рода — то есть представителю Homo. Это означает, что время возникновения человека как рода может быть отодвинуто почти на полмиллиона лет в прошлое.

Челюсть, получившая название LD 350-1, была найдена в Афарском регионе Эфиопии, где ранее обнаружили знаменитую «Люси» — австралопитека афарского. Датировку находки учёные провели по возрасту осадочных слоев, в которых она была обнаружена: нижнаяя граница составила 2,84, верхняя — 2,66 миллиона лет.

Челюсть, по словам антропологов, совмещает как «продвинутые» черты гоминид (относительно небольшие зубы, параболическая форма изгиба), так и «примитивные» черты австралопитеков. Вцелом, однако, авторы полагают, что челюсть однозначно принадлежала представителю рода Homo. Был ли это один из известных видов «ранних Homo» (Homo habilis, Homo rudolfensis) или же некий новый вид, пока сказать невозможно. Так или иначе, самые ранние известные до сих пор представители Homo датируются 2,3 миллионами лет, поэтому возраст челюсти является, безусловно, необычным. Если её таксономическая принадлежность будет признана другими антропологами и подкреплена другими подобными находками, это может существенно отодвинуть границу происхождения человека как рода.

Сам по себе этот вопрос является одним из самых спорных в антропологии, поскольку при переходе от австралопитеков к гоминидам сложно выделить какой-то однознначный качественный признак, разделяющих эти два рода. В какой-то момент таким признаком признали условную границу объема мозга в 600 кубических сантиметров. Однако затем были обнаружены однозначно идентифицируемые представители Homo с объёмом в 510 сантиметров и граница между родами стала еще более неоднозначной. Сложность этого вопроса компенсируется тем, что с биологической точки зрения самые продвинутые австралопитеки и самые примитивные люди отличались друг от друга не больше, чем, например, современные шимпанзе от бонобо.

Астрофизики рассказали про состав экзопланетных облаков

Астрофизики из Массачусетского технологического института определили наиболее вероятный химический состав облаков на экзопланете Кеплер-7b. Сделать это удалось благодаря «обратному моделированию»: ученые составили около 1000 версий климата, который мог бы существовать на Кеплере-7b и сравнили их предсказанные спектры атмосферы с наблюдательными данными. Модели учитывали массу, радиус планеты, расстояние от звезды, объем поглощаемой и отражаемой энергии и другие имеющиеся данные (хотя химический состав планеты был ученым неизвестен).

Кеплер-7b в представлении художника

Полученные модели ранжировали по тому, насколько хорошо они предсказывают спектр звезды и его изменения во время прохождения экзопланеты по ее диску. Наиболее близкими к оказались данные той модели, согласно которой облака на Кеплере-7b преимущественно состоят из силикатов и магния. То есть, фактически, представляют собой «испаренный энстатит» — минерал, который существует и на Земле.

Кеплер-7b стал первой планетой вне Солнечной системы, на поверхности которой были обнаружены облака. Предположения о том, что эти облака могут состоять из силикатов высказывались еще во время их обнаружения, однако на тот момент эта гипотеза не была подтверждена тщательным моделированием. Авторы новой работы подчеркивают, что использованный подход можно применить не только к гигантским горячим юпитерам (к которым относится Кеплер-7b) но и к планетам земного типа. Единственное, что пока ограничивает это применение — слабый сигнал от таких планет.

Ученые засняли размножение «обезьяньего ВИЧ» в теле макак

Медики из Университета Эмори разработали метод позитронно-эмисионной томографии, который позволяет в реальном времени наблюдать за размножением вируса в теле животного. Он был опробован на макаках, зараженных вирусом иммуннодефицита обезьян, однако его модификация может быть пригодна и для человеческого ВИЧ.

Позитронно-эмиссионная томография основана на детекции гамма-квантов, возникающих в результате распада радиоактивных веществ. Если «пришить» последние к антителам, специфически связывающимися с теми или иными мишенями, то такую томографию можно будет использовать для наблюдения за этими мишенями. Например, использование антител, связывающихся с опухолевыми клетками, позволяет увидеть распространение в теле метастазов.

В новой работе ученые впервые применили данный метод для наблюдения за размножением вируса. Радиоактивную метку (один и изотопов меди) пришивали к антителам, связывающимся с белком gp120. Это гликопротеид, присутствующий как на поверхности вирионов ВИЧ, так и у его обезьяньего аналога. На полученных таким образом снимках можно было впервые рассмотреть — где и в каком количестве в теле находится вирус. Органы с максимальной его концентрацией был окрашены желтым цветом. Главная ценность метода заключается в том, что он позволяет контролировать динамику размножения вируса в разных тканях, а не только в крови, как это делается сейчас.

Существующие методы (прежде всего ПЦР) далеко не всегда эффективны, поскольку вирус может отсутствовать в крови, но при этом быть достаточно активным для размножения. Это было продемонстрировано во второй части этой же работы: после длительной антиретровирусной терапии в крови ни одной из обезьян не было вируса в детектируемой концентрации. Однако сканирование показало, что вирионы все еще присутствуют в других тканях, хотя и в гораздо меньше концентрации, чем до начала терапии. Таким образом, новый метод – если его удастся перенести с животной модели на ВИЧ — может иметь важное значение для исследования рецедивов и определения истинной глубины ремиссии после терапии.