Эврика! (дайджест новостей науки)

Слоны изобрели бегоходьбу

Всю жизнь изучавший повадки слонов профессор Норман Хеглунд из католического университета в Лувене решил выяснить, как же все-таки они торопливо перемещаются – бегут или очень быстро ходят? Результат опыта весьма удивил исследователя.

До сих вопрос о том, как именно движутся самые крупные сухопутные млекопитающие, несмотря на кажущуюся простоту, вызывал немало споров. Для установления истины команда Хеглунда сконструировала специальную платформу длиной восемь метров, состоящую из 16 пластин, оснащенных датчиками давления. В Таиландском центре сохранения популяции слонов она была установлена на бетонный фундамент и оборудована видеокамерами. Во время опыта на платформу выводили слонов, двигавшихся с различной скоростью — от прогулочного шага (1,4 км/ч) до бега (17,9 км/ч).

Результаты исследования показали, что при движении слоны расходуют энергию крайне экономно — они потребляют 0,8 джоуля на килограмм массы тела на метр пути, то есть энергетическая «себестоимость» перемещения слона составляет лишь одну треть расходов человека и 1/30 мыши. Достигается такая экономия за счет значительно большей, чем ожидалось, частоты слоновьих шагов.

Кроме этих занимательных данных Хеглунд получил и парадоксальный ответ на свой вопрос — оказалось, что в любой момент времени две ноги слона касаются земли. Иными словами, передние и задние ноги слонов перемещаются как бы в разных измерениях: передние двигаются в темпе рыси, фактически бегут, а задние — в ритме быстрой ходьбы. Выходит, слоны «бегут наполовину», чему, вероятно, им пришлось научиться из-за своей большой массы.

----------------------------------------

Нашли «денежную» извилину

Неврологи из калифорнийского технологического института провели эксперимент, выявивший в мозгу человека участок, отвечающий за опасение потерять деньги. В центре внимания вновь оказалась многофункциональная структура под названием миндалевидное тело (Amygdala).

Как сообщается в пресс-релизе, для исследования ученые привлекли, помимо здоровых добровольцев, двух женщин, страдавших редким генетическим заболеванием. У одной пациентки Amygdala было поражено полностью, у другой — наполовину. В соответствии с возрастом женщин (42 и 23 года) из остальных добровольцев сформировали две контрольные группы по шесть человек.

Опыт выглядел как экономическая игра наподобие «Монополии», включавшая различные возможности денежных авантюр. Пациенты с дисфункцией миндалевидного тела «пускались во все тяжкие» намного чаще, чем здоровые субъекты того же возраста и образования, участвовавшие в опыте. По словам неврологов, двое больных демонстрировали поразительное равнодушие к перспективе убытка по сравнению с контрольной группой.

Уклонение от возможного ущерба имеет важнейшее значение для человека, а в современном мире это умение прежде всего связано с деньгами. По словам экспериментаторов, дисфункция данного участка мозга не усиливает склонность к риску, но именно снижает способность человека избегать убытка.

----------------------------------------

Заморозили воду… нагреванием

При контакте с определенным классом веществ переохлажденная вода начинает превращаться в лед с повышением температуры. Такой не­обычный опыт, описанный в статье, опубликованной в «Science», провела группа исследователей под руководством Игоря Любомирского из научного института Вайцмана.

Чистая переохлажденная вода способна оставаться жидкой до -40 градусов по Цельсию, и обычно переходу ее в кристаллическое состояние способствует какое-либо внешнее возмущение или добавка центров кристаллизации – мелких твердых частиц. Однако возможна парадоксальная ситуация, при которой переохлажденная жидкость самопроизвольно и резко начнет обращаться в лед при нагреве.

Данный эффект получается при контакте воды с пироэлектриками. Последние представляют собой материалы, способные при росте или падении температуры создавать на своей поверхности временные нескомпенсированные электрические заряды.

По результатам экспериментов с водой на кристалле LiTaO3 и на квазиаморфной тонкой пленке SrTiO3 ученые установили, что появление положительных зарядов на поверхности этих веществ способствует кристаллизации H2O, а отрицательных зарядов, напротив, снижает температуру замерзания воды. В результате капельки воды, охлажденные на отрицательно заряженной поверхности LiTaO3 до 11 градусов ниже нуля и остающиеся при этом жидкими, мгновенно замораживаются при повышении температуры до -8 °C, поскольку пироэлектрик в этот момент меняет заряд поверхности на положительный. Также было установлено, что на положительно заряженной поверхности замораживание начинается с раздела твердое тело/вода, а на отрицательно заряженной – с границы вода/воздух.

Понимание этих тонкостей может дать пищу для размышлений о защитных процессах в тканях холоднокровных животных, попадающих в лед, а также может привести к новым методам криоконсервации клеток и тканей, защиты сельскохозяйственных растений от замерзания и искусственной генерации облаков.

----------------------------------------

Четырехног — солдату друг

«Ходячая система поддержки команды» (Legged Squad Support Systems — LS3) — так будет называться боевой робот, способный переносить крупный груз по пересеченной местности. $ 32 миллиона на его постройку получила от агентства по передовым оборонным исследованиям DARPA компания «Boston Dynamics».

Как нетрудно догадаться, LS3 является наследником нашумевшего во всех смыслах «Большого пса» (BigDog), поражающего умением не просто ходить, но держать равновесие даже при сильных ударах в бок. Однако LS3 должен быть крупнее, сильнее, выносливее и умнее. Так, если BigDog нес 55 килограммов полезного груза, то LS3 рассчитан на 181 кг. Запас его хода на одной заправке должен превышать 32 километра. Робот будет способен оставаться на ходу до 24 часов.

Новичку не потребуется дистанционное управление — благодаря машинному зрению LS3 сможет следовать за человеком-лидером. Также машину оснастят GPS и научат путешествовать в одиночку к указанной точке. Бортовой генератор робота заодно сможет поставлять питание для зарядки батарей различных приборов и систем связи, переносимых солдатами или морскими пехотинцами. Свои первые шаги LS3 должен сделать в 2012 году.

----------------------------------------

Героическая смерть — муравьиный выбор

Представители некоторых видов муравьев, когда смертельно заболевают, добровольно уходят умирать подальше от колонии, чтобы не подвергать ее риску. Такое альтруистическое поведение на краю гибели, ранее наблюдавшееся лишь у крупных животных, например собак, кошек и слонов, у муравьев – и вообще социальных насекомых – зафиксировано впервые.

Открытие, о котором сообщается в Current Biology, совершили Юрген Хайнце и его коллеги из университета Регенсбурга. Биологи изучали муравьев вида Temnothorax unifasciatus и обратили внимание, что некоторые особи покидали колонию без всякой видимой причины, а затем — умирали поодаль.

Чтобы разобраться в подоплеке такого поведения, авторы открытия провели опыт с колонией в лаборатории. Они заразили некоторых мурашей спорами смертельного грибка Metarhizium anisopliae. Большинство тех, кто впоследствии умер, покинули гнездо за несколько часов, а то и дней до гибели и удалились на приличное расстояние, тем самым снизив риск распространения эпидемии.

Поскольку некоторые паразиты умеют манипулировать поведением своих жертв, а в данном контексте гриб мог бы извлечь выгоду от побега муравьев (распространение), ученые решили выяснить — вынуждает ли он насекомых действовать таким образом или те уходят, просто почувствовав приближение последнего часа.

Для разрешения этого вопроса исследователи подвергли некоторых мурашей, не инфицированных грибком, действию диоксида углерода, что должно было заметно сократить срок жизни подопытных. Такие муравьи тоже покидали колонию перед смертью. Причем ученые убедились, что муравьи, которые чувствуют близкую гибель, уходят добровольно, а не подталкиваемые остальными членами колонии.

----------------------------------------

Всем солнечным батареям батарея

Прототип эффективной солнечной батареи, содержащей примерно в 50—100 раз меньше кремния, чем классическая, да к тому же батареи гибкой, удалось получить благодаря «свежему» сочетанию известных материалов и хитроумному структурированию ячейки. Несколько таких образцов построены в Калифорнийском технологическом институте.

Новый массив поглощает до 96 % солнечных лучей на одной из длин волн и солидные 85 % от всего падающего солнечного света. Это рекорд. Как отмечает один из авторов разработки Гарри Этвотер, многие материалы хорошо поглощают свет, но не генерируют ток. В данном случае за великолепным захватом падающих лучей следует и генерация носителей заряда.

Но что удивительнее всего, в ряде построенных образцов эффективное поглощение работало при том, что собственно кремниевое покрытие занимало лишь от 2 % до 10 % общей площади батареи (а в основном менее 5 %), равно как и менее 5 % от объема рабочего слоя. Все остальное в новой системе занимает простой прозрачный полимер. Секрет — в целой армии микроскопических «колонн» из кремния, установленных перпендикулярно основанию панели.

Авторы работы поставили множество опытов с разными параметрами «колонн» (остановились на диаметре 1 микрометр при длине 30—100 мкм) и расстоянием между отдельными. Ученые выяснили, что выгодно не сближать микропроводки слишком тесно — прозрачное пространство между ними хорошо работает на многократную трансляцию лучей: те фотоны, что не поглощаются кремниевыми стержнями, отражаются не вверх, а в стороны — на многочисленные соседние «колонны».

Кроме того, сообщается в Nature Materials, оказалось, что новая батарея лучше воспринимает свет, падающий под самыми разными углами, нежели батарея классическая, чувствительная к точному нацеливанию на Солнце.